Calibration of Terrestrial Laser Scanners

Abstract

The calibration of a laser scanner is necessary to reduce systematic errors in the acquired point cloud. Furthermore, calibrating laser scanners is motivated by the need of users to access up-to-date quality information. For calibrating a terrestrial laser scanner, a functional calibration model needs to be set up. This functional calibration model is only partially comparable to the one of a total station. Complicating at setting up this complete calibration model is amongst others the fact that the manufacturers publish their calibration functions and procedures only sparsely. For calibrating a terrestrial laser scanner after delivery, the parameters of the functional calibration model can be estimated based on a self-calibration in a calibration point field. The development of an optimal calibration field has not yet been completed; its configuration is presently in the focus of several research institutions. This study gives an overview about the task of calibrating terrestrial laser scanners based on a description of laser scanner specifications, test procedures and their errors causing imperfections.

Die Kalibrierung von Laserscannern ist nötig, um systematische Abweichungen in aufgenommenen Punktwolken zu reduzieren. Außerdem kann die Kalibrierung von Laserscannern damit motiviert werden, dass Anwendern aktuelle Qualitätsinformationen zur Verfügung stehen sollten. Zur Kalibrierung eines terrestrischen Laserscanners muss ein funktionales Kalibriermodell aufgestellt werden. Dieses Kalibriermodell stimmt nur teilweise mit demjenigen eines Tachymeters überein, sodass eine Erweiterung der bekannten Kalibrierfunktionen nötig ist. Erschwerend bei dieser Erweiterung wirkt die Tatsache, dass die Instrumentenhersteller ihre Kalibrierfunktionen und Kalibrierverfahren nur bedingt mitteilen. Nach Auslieferung des Laserscanners an den Nutzer können die Parameter des funktionalen Kalibriermodells durch eine Selbstkalibrierung basierend auf einem Kalibrierpunktfeld geschätzt werden. Die Entwicklung einer optimalen Konfiguration dieses Kalibrierfelds steht derzeit im Fokus verschiedener Forschungseinrichtungen. Dieser Beitrag gibt einen aktuellen Überblick über die Kalibrierung terrestrischer Laserscanner, basierend auf einer Beschreibung von Laserscannerspezifikationen, Prüfverfahren und gerätespezifischen Unvollkommenheiten, die zu systematischen Abweichungen führen.