[發明專利]任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法

有效

• 申請號: 201911152390.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110954017B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王景榮;張帆;黃先鋒
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡琦旖

1.任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、對曲面鏡進行預掃描，獲得曲面鏡的點云數據，根據所述曲面鏡的點云數據對曲面鏡進行擬合，獲得擬合曲面方程；

S2、根據所述擬合曲面方程，預解算曲面鏡的鏡面位置與姿態，獲得第一旋轉矩陣進行預定位；

S3、將曲面鏡放置在作業空間的死角處；

S4、將三維激光掃描儀放置在與曲面鏡保持通視的位置，通過三維激光掃描儀對物體進行掃描，獲得激光點云掃描數據；

S5、將所述激光點云掃描數據分離為直視表面區域點云、鏡面漫反射圈區域點云、鏡面反射區域點云三個部分的定位的點云坐標；

S6、根據所述鏡面漫反射圈區域點云，解算曲面鏡的鏡面位置與姿態，獲得第二旋轉矩陣進行定位；

S7、利用步驟S2中預定位的所述第一旋轉矩陣和S6中定位的所述第二旋轉矩陣，將步驟S5中三個部分的定位的點云坐標轉換到預定位的空間坐標系中；

S8、根據空間坐標轉換后的直視表面區域點云、空間坐標轉換后的鏡面反射區域點云，解算曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點點云坐標；

S9、將空間坐標轉換后的直視表面區域點云與解算得到的所述曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點點云坐標進行配準合成，得到物體的完整點云；

其中，所述步驟S2中，利用曲面鏡周圍的漫反射圈，解算出所述第一旋轉矩陣；

所述步驟S8具體為：

建立曲面鏡反射激光點云中激光像點與原點的空間直線方程；

聯立曲面鏡反射激光點云中激光像點與原點的空間直線方程、步驟S1中的曲面鏡的擬合曲面方程，獲得空間直線與曲面鏡的交點坐標；

根據曲面鏡的擬合曲面方程，獲得空間直線與曲面鏡的交點在曲面上的切平面方程；

根據切平面方程獲得曲面鏡反射激光點云中激光像點關于切平面的對稱點，所述對稱點的坐標為曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點坐標。

2.根據權利要求1所述的任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，其特征在于，所述步驟S1中，對曲面鏡進行預掃描前，對曲面鏡進行預加工，撒粉覆蓋曲面鏡的表面，使曲面鏡不易發生反射。

3.根據權利要求1所述的任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，其特征在于，所述步驟S3中，將曲面鏡固定在一個可多角度旋轉移動的支架上。

4.根據權利要求1所述的任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，其特征在于，所述步驟S4中，通過三維激光掃描儀對物體進行掃描時，調整曲面鏡的角度進行多次掃描。

5.根據權利要求1所述的任意曲面鏡反射的激光掃描數據獲取與解算方法，其特征在于，所述曲面鏡反射激光點云中激光像點與原點的空間直線方程為：

其中，(x₁，y₁，z₁)是坐標原點(0，0，0)，(x₂，y₂，z₂)是曲面鏡反射激光點云中激光像點，t是參數；

所述曲面鏡的擬合曲面為：

Z＝a+bX+cY+dX²+eXY+fY² (2)

其中，參數a、b、c、d、e、f通過擬合可以獲得；

聯立(1)(2)，求得關于參數t的函數方程：

F(t)＝a+bx₂t+cy₂t+d(x₂t)²+ex₂y₂t²+f(y₂t)² (3)

將(x₂，y₂，z₂)以此代入(3)中，求得t值，得到空間直線與曲面鏡的交點(x，y，z)；

三維空間下曲面鏡的曲面函數為：

f(X，Y，Z)＝a+bX+cY+dX²+eXY+fY²-Z (4)

空間直線與曲面的交點在曲面上的切平面為：

f_x′(X-x)+f′_y(Y-y)+f_z′(Z-z)＝0

f_x′X+f′_yY+f_z′Z-(f_x′x+f′_yy+f_z′z)＝0 (5)

曲面鏡反射激光點云中激光像點關于切平面的對稱點(x₃，y₃，z₃)為：

得到的(x₃，y₃，z₃)是曲面鏡反射激光點云中激光像點對應的物體上的物點坐標。