[發(fā)明專利]一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110824951.0
• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113554614B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵新杰;潘碩;劉金華;宋彬;王懷光;唐香珺;李曉磊;吳定海
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T3/40;G06T7/73;G06T7/80
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 13128
• 代理人: 嚴(yán)加亮

1.一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、建立管道測量系統(tǒng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型；

S2、使用管道測量系統(tǒng)以預(yù)先設(shè)定角度步長測量整環(huán)固定內(nèi)徑圓筒，生成不同角度的相機(jī)坐標(biāo)系管道內(nèi)表面點(diǎn)云；

S3、通過圓柱擬合將相機(jī)坐標(biāo)系下點(diǎn)云變換到點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系中；

S4、求取不同角度下的點(diǎn)云在全局圓柱坐標(biāo)系中的表示，并建立點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系與全局圓柱坐標(biāo)系坐標(biāo)的誤差補(bǔ)償模型；

S5、求取點(diǎn)云在相機(jī)坐標(biāo)系和全局圓柱坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣，通過優(yōu)化算法迭代求取相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，完成標(biāo)定；

所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型包括相機(jī)坐標(biāo)系、點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，全局旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系及全局圓柱坐標(biāo)系；測量點(diǎn)云所獲取的原始坐標(biāo)為相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型將所有測量點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的全局圓柱坐標(biāo)系中，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型為：

其中，(xCCF,yCCF,zCCF)為不同角度測量點(diǎn)云在相機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，(xCyCF,yCyCF,zCyCF)為點(diǎn)云在全局圓柱坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，r11,r12,…,r19為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與全局圓柱坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換矩陣系數(shù)，r21,r22,…,r29為相機(jī)坐標(biāo)系與點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換矩陣系數(shù)，θ為標(biāo)定過程中轉(zhuǎn)角儀測定的旋轉(zhuǎn)角度；

所述相機(jī)坐標(biāo)系建立在相機(jī)相平面上，點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系建立在旋轉(zhuǎn)軸上，相機(jī)坐標(biāo)系與點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系有固定的位置變換關(guān)系，全局旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系建立在坐標(biāo)軸上，在系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時位姿相對于測量零件不變，點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系為不同測量點(diǎn)云通過圓柱擬合建立的圓柱坐標(biāo)系，全局圓柱坐標(biāo)系建立在測量零件軸線上，在整環(huán)測量時也不發(fā)生變化，全局旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與全局圓柱坐標(biāo)系有著固定位置變換關(guān)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于：所述相機(jī)坐標(biāo)系的建立，相機(jī)坐標(biāo)系為CCF，坐標(biāo)原點(diǎn)在鏡頭中心，z軸為相機(jī)光軸，固定在相機(jī)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于：所述點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的建立，點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為RCF_i，原點(diǎn)建立在旋轉(zhuǎn)軸上某個定點(diǎn)，在旋轉(zhuǎn)測量過程中與CCF擁有固定的位置關(guān)系，其z軸與旋轉(zhuǎn)軸重合，空間位置隨系統(tǒng)測量姿態(tài)旋轉(zhuǎn)變化，i為不同測量位置的點(diǎn)云旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于：所述全局旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的建立，全局旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為RCF，原點(diǎn)建立在RCF_i原點(diǎn)上，z軸與旋轉(zhuǎn)軸重合，與RCF_i存在固定的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，在旋轉(zhuǎn)測量過程中空間位置固定不變。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于：所述全局圓柱坐標(biāo)系的建立，全局圓柱坐標(biāo)系為CyCF，原點(diǎn)建立在深孔類零件內(nèi)表面中心軸線上一定點(diǎn)，其z軸與身管中心軸線重合，在旋轉(zhuǎn)測量過程中空間位置固定不變。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于點(diǎn)云拼接的管道測量系統(tǒng)位姿標(biāo)定方法，其特征在于：于步驟S4中建立的誤差補(bǔ)償模型，該誤差補(bǔ)償模型為：

(xCyCF,yCyCF,zCyCF)為點(diǎn)云在全局圓柱坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，(xCyCFi,yCyCFi,zCyCFi)為不同角度測量得到的點(diǎn)云在點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，θ為標(biāo)定過程中轉(zhuǎn)角儀測定的旋轉(zhuǎn)角度，α為不同旋轉(zhuǎn)角度下點(diǎn)云圓柱坐標(biāo)系與全局圓柱坐標(biāo)系間的角度差，α(θ)＝θ+A₁ sin(θ+φ₁)，Δz(θ)＝A₂sin(θ+φ₂)，其中A₁，A₂，φ₁，φ₂為函數(shù)的幅值和相位。