[發明專利]一種面向小尺寸物體旋轉掃描的點云快速配準方法及應用

有效

• 申請號: 202011593999.7
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112700480B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 劉今越;李學飛;翟志國;王曉帥;胡占宇
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/73;G06T7/80;G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰;張國榮

本發明為一種面向小尺寸物體旋轉掃描的點云快速配準方法及應用，該方法包括：第一步、標定旋轉平臺，得到旋轉平臺坐標系與相機坐標系之間的位姿變換關系；第二步、獲取工件在不同旋轉角度下的點云數據，得到多組點云數據；第三步、根據旋轉平臺坐標系與相機坐標系之間的位姿變換關系，將點云數據轉換至旋轉平臺坐標系中，得到各組點云數據在旋轉平臺0°位置的坐標；再將各組點云數據還原至旋轉平臺轉動前的位置。該方法能用于加工中心的刀具的旋轉掃描，不需要進行點云數據間的迭代運算，計算效率較高，不存在累積誤差，且不要求點云數據間有重疊區域，在保證配準精度的同時提高了速度。

技術領域

本發明涉及3D掃描技術領域，具體是一種面向小尺寸物體旋轉掃描的點云快速配準方法及應用。

背景技術

基于結構光照明的三維面形測量方法具有非接觸、高精度以及易于在計算機控制下實行自動化測量等特點，在機器視覺、自動檢測、產品質量控制、逆向工程、生物醫學等領域具有重要意義和廣闊的應用前景，已經被廣泛用于復雜漫反射表面的三維測量。由于相機與被測物體之間的相對位置固定，因此每次測量只能得到某一位置和角度的點云數據，若要得到完整的三維點云模型，則需要采集多個位置的點云數據并進行點云拼接，這個過程被稱為點云配準。

常用的點云配準方法有標志點拼接法和ICP算法。標志點拼接法由于其自身算法的限制，在測量小尺寸物體時由于其表面積較小，曲率半徑小，導致粘貼標志點出現翹曲等問題，導致配準精度較差，而且標志點需要人工進行選取，耗時較長，因此一般用于大型物體的三維測量中，或用于點云粗配準作為ICP算法的迭代初值進行三維精密測量。

ICP算法主要通過標記特征進行迭代運算，因此對于表面具有明顯特征的待測物體的測量精度較高，對于類似光滑圓柱體等沒有明顯特征的物體容易出現配準錯誤；而且ICP算法對初始位置敏感，易陷入局部最優，常常需要進行粗配準，迭代運算耗時長。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種面向小尺寸物體旋轉掃描的點云快速配準方法及應用。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種面向小尺寸物體旋轉掃描的點云快速配準方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第一步、標定旋轉平臺，得到旋轉平臺坐標系與相機坐標系之間的位姿變換關系；

第二步、獲取工件在不同旋轉角度下的點云數據，得到多組點云數據；

第三步、根據旋轉平臺坐標系與相機坐標系之間的位姿變換關系，將點云數據轉換至旋轉平臺坐標系中，得到各組點云數據在旋轉平臺0°位置的坐標；根據公式(17)將各組點云數據還原至旋轉平臺轉動前的位置(x_t,y_t,z_t)；

式(17)中，(x_t0,y_t0,z_t0)為第t組點云數據在旋轉平臺0°位置的坐標，γ為旋轉平臺前t次旋轉一共轉動的角度。

所述旋轉平臺坐標系與相機坐標系之間的位姿變換關系為：