[發明專利]一種基于實測點云數據的飛機蒙皮窄端面提取方法

有效

• 申請號: 202010370838.5
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111553909B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 汪俊;黃耀然;陳紅華;李紅衛
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/62
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蘇良

本發明公開一種基于實測點云數據的飛機蒙皮窄端面提取方法，包括：獲取飛機蒙皮零件實測點云數據；通過柵格化處理將實測點云數據分割成小塊的柵格點云數據；對每小塊柵格點云數據進行主成分分析，計算平面度，初步地將小塊柵格數據中近似平面的柵格點云數據檢測出來；根據隨機采樣一致性算法，將連片的平面區域的點云數據檢測出來；最后通過迭代加權最小二乘算法對平面區域的點云數據進行擬合，生成最終平面。本發明解決了飛機薄蒙皮零件實測點云數據窄端面提取困難的問題。

技術領域

本發明屬于計算機視覺領域，具體涉及一種基于實測點云數據的飛機蒙皮窄端面提取方法。

背景技術

現有三維測量設備已經能夠對大型場景復雜零部件進行快速測量，測量時的掃描速度可達幾十萬至上百萬個點/每秒，同時，掃描精度也有了大幅度的提升。近年來，三維測量逐漸被應用于航空領域，用來檢測飛機制造過程中某些關鍵零件的制造誤差以及零部件的裝配誤差。

飛機蒙皮制造和裝配精度直接影響飛機的氣動性能，因此，對于飛機蒙皮的制造和裝配精度要求極高。飛機蒙皮的窄端面是不同蒙皮之間的裝配區域，因此，對于蒙皮窄端面的提取尤為重要。現有技術中，通過三維測量掃描獲取飛機蒙皮零件在裝配狀態下的實測點云數據，而針對實測點云數據的平面提取方法大致分為三類：基于聚類分割的方法、基于霍夫變換的方法和基于RANSAC(RandomSampleConsensus)的方法。其中，基于聚類分割的方法由于沒有較好的終止分割的條件，容易出現欠分割或者過分割的缺點；基于霍夫變換的方法對于點云數據量大的情況下計算量很大，并且對于飛機蒙皮點云數據的窄端面提取的效果欠佳；基于RACSAC的方法對于一般尺寸較大的平面識別效果較好，但是對于飛機蒙皮點云數據的窄端面的提取容易出現假平面。

發明內容

鑒于現有的平面提取方法在飛機蒙皮實測點云數據窄端面提取上存在的缺陷，本發明提出一種基于實測點云數據的飛機蒙皮窄端面提取方法，該方法除了能夠對實測點云數據中尺寸較大的平面有很好的識別效果外，還能對尺寸較小的窄端面也有很好的識別效果，解決飛機蒙皮實測點云數據窄端面提取困難的問題。

本發明所采用的技術方案為：

一種基于實測點云數據的飛機蒙皮窄端面提取方法，包括如下步驟：

步驟S1、獲取飛機蒙皮零件的實測點云數據；

步驟S2、采用柵格化處理，將實測點云數據分割成若干柵格點云數據；

步驟S3、針對每一柵格點云數據，計算柵格平面度，并通過設置平面度閾值，將平面柵格提取出來；

步驟S4、通過隨機采樣一致性算法，將平面柵格中屬于同一平面區域的柵格點云數據提取出來；

步驟S5、采用迭代加權最小二乘算法，對平面區域的點云數據進行擬合，獲取最終平面。

進一步地，步驟S2中，柵格為正立方體，邊長設置為點云分辨率的5倍。

進一步地，步驟S3包括：

步驟S301、針對每一柵格點云數據，通過公式(1)計算柵格點云的協方差矩陣M；

公式(1)中，k表示柵格點云中所有點的數量，p_i表示柵格點云中第i點的坐標，i＝1,2,3……k；p_c表示柵格點云的重心坐標：

步驟S302、對協方差矩陣M進行特征值分解，得到特征值λ_j，其中，j＝1,2,3，且λ₁＜λ₂＜λ₃；計算柵格平面度，平面度計算公式為平面度閾值設置為0.01，將柵格平面度小于平面度閾值的柵格提取出來，作為平面柵格。

進一步地，步驟S4具體包括：