[發明專利]一種基于列文伯格-馬夸特法的橢圓錐面與橢球面參數提取方法

在審

• 申請號: 201810677967.1
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108846894A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 孔德明;李曉偉;沈閱;陳鵬;谷美娜
• 申請（專利權）人: 燕山大學;秦皇島燕大智能信息技術有限責任公司
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T7/136
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙) 11265
• 代理人: 劉陽

本發明公開一種基于列文伯格?馬夸特法的橢圓錐面與橢球面參數提取方法，首先，利用三維掃描儀獲取被測模型的點云數據；然后利用平移變換，使被測模型點云的頂點與坐標原點重合；再利用基于閾值的聚類方法對步驟二中得到的點云進行分割，得到基底點云與組成曲面點云；進而根據旋轉變換矩陣將表征被測模型底面半軸與一個坐標軸之間的夾角的變量引入消除偏移量的橢圓錐面方程或橢球面方程，得到曲面模型方程；最后利用列文伯格?馬夸特法以曲面模型方程為擬合目標，對曲面點云中的點進行擬合，得到曲面模型方程中的參數，即被測模型底面半軸與一個坐標軸之間的夾角以及相關參數，實現對橢圓錐面與橢球面參數的提取，為更精確的提取提供條件。

【技術領域】

本發明涉及逆向工程領域，尤其涉及關于一種基于列文伯格-馬夸特法的橢圓錐面與橢球面參數提取方法。

【背景技術】

隨著經濟的不斷發展，市場規模不斷擴大，曲面幾何特征的提取在逆向工程領域和智能加工領域中越來越重要。據統計，大部分的工業零件表面都是由二次曲面構成的，由此可見，二次曲面是反求工程和智能制造中不可缺少的組成部分。在對這類物體進行生產加工時，需要將這類物體表面的二次曲面以幾何參數的形式進行精確表示。因此，在智能加工業中，設計人員會利用測量技術對物體進行三維測量，得到其點云數據，然后對得到的點云數據進行處理，得到被測模型表面的幾何參數。一些規則的二次曲面，如圓錐面，球面，圓柱面有著較簡單的幾何外形，表面為這類曲面的物體底面既關于軸對稱又關于中心對稱，由于這種對稱性，這類曲面的位置與形態不會對幾何參數的提取造成重要影響，因此，這類曲面的幾何參數較易提取。而對于橢圓錐面，橢球面這種類型的曲面，當其不在一個典型的位置時(底面半軸不與坐標軸平行或重合)，利用信號處理方法提取幾何參數是比較困難的。如果被測模型的底面半軸與X或Y坐標軸平行或重合，幾何參數的提取會更方便。因此，需要找出被測模型底面半軸與一個坐標軸之間的夾角，再利用這個夾角對原點云進行旋轉，使被測模型底面半軸與X軸或者Y軸重合。

目前，在實際應用中，二次曲面的參數提取方法主要有傳統的利用測量工具進行物理測量的提取方法，借助于曲面擬合的提取方法以及基于信號處理技術的提取方法。人工測量方法主要受限于操作人員的視力與經驗水平，方法的魯棒性較差，得到的幾何參數精度較差，使用時間也較長。借助于曲面擬合的提取方法也是一種傳統的提取方法，利用擬合算法對所獲取點云進行擬合得到結果，但是單純的擬合算法得到的結果精度不高。基于信號處理技術的提取方法則要求被測曲面的位置與形態要利于信號處理技術的應用。如何采用現代化技術，結合各方法的優點，快速、準確地對被測模型表面的參數進行提取是目前逆向工程與智能加工領域內急需解決的一個重要問題。

在本發明所述方法中，首先，利用三維掃描儀獲取被測模型的點云數據；然后，利用平移變換方法對由三維掃描儀獲取到的點云中的每一個點進行平移，使被測模型點云的頂點與坐標系原點相重合以消除偏移量，利用基于閾值的聚類方法對經過平移變換得到的點云進行聚類處理，得到基底點云(由組成基底的點云構成)與曲面點云(由組成被測模型表面的點云構成)，然后利用旋轉變換矩陣將代表被測模型底面半軸與一個坐標軸之間的夾角的變量引入被測模型表面的方程，得到曲面模型方程，最后，使用列文伯格-馬夸特法利用曲面點云中的點以曲面模型方程為擬合目標進行擬合，得到曲面模型方程中各參數的值，達到對被測模型底面半軸與一個坐標軸之間的夾角以及相關幾何參數進行提取的目的。

【發明內容】

本發明的目的在于：對橢圓錐面或者橢球面的相關參數進行提取以克服現有技術在實際運用過程中，表面為橢圓錐面或橢球面的被測模型不在典型位置時，信號處理方法不能有效運用的問題。

為了實現上述發明目的，本發明提供一種基于列文伯格-馬夸特法的橢圓錐面與橢球面參數提取方法，其特征在于，包括以下步驟，

步驟一、利用三維掃描儀獲取被測模型的點云數據；

步驟二、對步驟一中得到的點云進行平移變換，使點云頂點與坐標原點重合；