[發明專利]一種基于雙面點云信息的快速測距方法及其系統

有效

• 申請號: 202010538037.5
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111833401B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 陶波;周佩;趙興煒;王乾杰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/60;G06T7/33
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 石夢雅;孔娜

1.一種基于雙面點云信息的快速測距方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

S1獲取待測物體的雙面點云信息，將其記為點云A和點云B，分別計算所述點云A和點云B的點云端點，其中，根據距離極近的雙面點云數據高度相似的特點，在測量薄壁零件的厚度時，將薄壁零件正反面的點云信息作為待測物體的雙面點云信息，不能選擇薄壁零件的兩個側面，并盡量少包含側面數據；具體包括：

S11獲取待測物體的雙面點云信息；

S12對所述點云A和點云B進行坐標變換，使其平行于X-Y坐標平面；

S13計算調整后的點云A與點云B的幾何中心Ce_A與Ce_B；

S14根據過點云A幾何中心Ce_A的X-Z平面和Y-Z平面，將所述點云A劃分為四個點云塊，并分別計算上述四個點云塊中距離所述點云A幾何中心Ce_A最遠的點，將其作為所述點云A的點云端點；

S15對所述調整后的點云B同樣實施步驟S14，以此獲得所述點云B的點云端點；

S2將所述點云A和點云B的點云端點依次進行匹配，以此完成兩片點云的粗配準；

S3將所述點云A和點云B的點云數據進行坐標變換，并剔除所述點云A和點云B中的無效點，獲得重整后的點云A和點云B；

S4計算所述重整后的點云A和點云B的形狀差，通過調整所述重整后的點云B的姿態和位置使兩片點云的形狀差最小，以獲得修正后的點云B；

S5在所述待測物體的兩表面上選取預設數量的測量點，獲得該測量點的真實間距，并計算該測量點在重整后的點云A和修正后的點云B上的計算間距，根據所述計算間距與真實間距的差值對所述修正后的點云B進行更新獲得最終的點云B，利用所述重整后的點云A和最終的點云B計算所述待測物體的真實距離分布。

2.如權利要求1所述的基于雙面點云信息的快速測距方法，其特征在于步驟S2包括如下子步驟：

S21根據所述點云A與點云B的點云端點對應關系，利用所述點云A的點云端點構建新坐標系T_A，同時利用所述點云B的點云端點構建新坐標系T_B，然后利用下式計算齊次變換矩陣

S22利用所述齊次變換矩陣對所述點云B進行坐標變換，獲得端點匹配后的點云B坐標矩陣，以此完成兩片點云的粗對準。

3.如權利要求2所述的基于雙面點云信息的快速測距方法，其特征在于步驟S3包括如下子步驟：

S31對粗對準后的所述點云A和點云B進行坐標變換，使所述點云A的點云端點中的三個任選點位于X-Y平面；

S32將步驟S31中坐標變換后的兩片點云投影到X-Y平面，獲得重疊的投影區域A_r；

S33保留點云A與點云B中投影到A_r的部分，其余部分視為無效數據并剔除，得到重整后的點云A坐標矩陣與重整后的點云B坐標矩陣

4.如權利要求3所述的基于雙面點云信息的快速測距方法，其特征在于，步驟S4包括如下子步驟：

S41對所述重整后的點云A坐標矩陣和重整后的點云B坐標矩陣進行求差運算，得到形狀差矩陣D_h；

S42計算所述形狀差矩陣D_h的最小二乘擬合平面S^D及其法向矢量t^D，然后計算將該法向矢量t^D轉換到Z軸矢量z_a＝[0 0 1]^T的旋轉變換矩陣并根據其構建齊次變換矩陣

S43利用所述齊次變換矩陣校正所述重整后的點云B坐標矩陣獲得傾斜的點云B坐標矩陣所述傾斜的點云B平行于重整后的點云A；

S44對所述重整后的點云A坐標矩陣和傾斜的點云B坐標矩陣進行求差運算，得到校正形狀差矩陣并計算所述校正形狀差矩陣中各元素的形狀差均值P_mean；

S45利用所述形狀差均值P_mean對所述傾斜的點云B坐標矩陣進行進一步修正，得到修正后的點云B坐標矩陣，

式中，為修正后的點云B坐標矩陣。