[發明專利]一種基于三維局部點云配準的復合材料預制體整體外形重建方法

有效

• 申請號: 202110178562.5
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112907729B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 單忠德;汪俊;隆昆;謝乾
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/73;G06T7/33
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐博

本發明是一種基于三維局部點云配準的復合材料預制體整體外形重建方法，根據數據采集3D相機的位姿關系對兩片部分重疊局部點云進行粗配準；計算粗配準之后的兩片點云中每個點的法向量；將兩片粗配準后的局部點云通過一個自監督的特征編碼網絡提取出點云中每個點的特征描述子；對點特征描述子采用最近鄰算法構建兩片點云中點與點之間的初始對應關系集；對初始對應關系集進行逐步優選來減少對應關系集中的離群值；對去除離群值后的每一組對應點進行迭代計算精配準變換矩陣；重復以上兩兩配準過程實現復合材料預制體整體外形重建。本方法旨在解決復合材料預制體的整體外形重建問題，本申請的點云配準精度高，配準重建速度比通用ICP算法速度更快。

技術領域

本發明涉及復合材料預制體外形重建技術領域，具體的說是一種基于三維局部點云配準的復合材料預制體整體外形重建方法。

背景技術

先進復合材料具有高比強度、高比模量、耐疲勞、抗侵蝕、抗沖擊、可設計性好等優點，是國民經濟發展最重要的一類工程材料，在航空航天、國防軍工領域的應用比例越來越大，如波音787客機中復合材料構件重量已占全機結構重量的50％左右，洛克希德·馬丁公司的F35型戰斗機，其復合材料在機身的用量占整個結構重量的35％。

傳統的復合材料預制體織造及檢測分析技術存在人工干預多、生產成本高、生產效率低等問題，且難以適應任意形狀預制體的自動化制造。隨著復合材料構件向著大型化、集成化、整體化方向發展，針對復合材料復雜構件高性能、高精度、高效率的制造需求，具有自動化、數字化、智能化、精密化、柔性化等技術特點的大型復雜復合材料預制體織造成形系列裝備是目前復合材料構件智能制造裝備發展的主要方向。近年來，隨著三維激光掃描測量技術的不斷發展與完善，它在數據采集方面凸顯出速度快、精度高、適應性強等優點使其成為各個領域的主流測量技術。針對復合材料預制體自動化整體外形分析問題，需要一種利用三維激光掃描技術用于實現復合材料預制體自動化整體外形重建的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于三維局部點云配準的復合材料預制體整體外形重建方法，重復將相鄰具有重疊局部的點云數據進行配準，實現現復合材料預制體整體外形重建。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種基于三維局部點云配準的復合材料預制體整體外形重建方法，其特征在于：采用多個3D相機對復合材料預制體整體外形進行掃描，由于相鄰兩個3D相機采集到的數據有局部重疊，依次將相鄰兩個3D相機采集到的重疊部數據進行配準，得到完整的復合材料預制體點云數據，實現復合材料預制體整體外形的重建，具體步驟如下：

步驟1，根據采集部分重疊局部點云的兩個3D相機的位姿關系求出粗配準變換矩陣，對兩片部分重疊局部點云進行粗配準；

步驟2，計算粗配準之后的兩片局部重疊點云中每個點的法向量；

步驟3，將兩片粗配準后的點云輸入到一個自監督的特征編碼網絡中，提取點云中每個點的特征描述子；

步驟4，根據兩片粗配準后局部點云的特征描述子通過最近鄰算法構建兩片點云中點與點之間的對應關系集；

步驟5，對兩片粗配準后的點云中的對應關系集進行逐步優選來降低對應關系集中的離群值；

步驟6，對去除離群值后的兩片點云中的每一對對應點進行迭代計算精配準變換矩陣，完成兩片局部點云的精配準；

步驟7，更換下一組相鄰兩個3D相機獲取的局部點云數據，重復步驟1-6實現復合材料預制體整體外形重建。

所述的步驟1中根據采集部分重疊局部點云的兩個深度相機的位姿關系進行粗配準的具體步驟如下：

步驟1.1，用兩個深度相機對同一個包含三個標定點的標靶進行測量，獲取到三個標定點的坐標信息，通過三個標定點在兩個相機坐標系下的對應關系及位置坐標求出兩個相機坐標系的變換矩陣；