[發(fā)明專利]一種曲面蒙皮三維數(shù)據(jù)拼合方法

在審

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• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114898069A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王耀南;謝核;張輝;毛建旭
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06F30/10;G06F111/20
• 代理公司: 長沙市護(hù)航專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發(fā)明公開了一種曲面蒙皮三維數(shù)據(jù)拼合方法，包括如下步驟：1、構(gòu)建工件三維實(shí)際測量三維數(shù)據(jù)和該工件設(shè)計模型的三維數(shù)據(jù)；2、計算設(shè)計模型三維數(shù)據(jù)中每個點(diǎn)的法矢、鄰域半徑以及球心位置；3、尋找三維實(shí)際測量三維數(shù)據(jù)中所有點(diǎn)到設(shè)計模型三維數(shù)據(jù)中的最近點(diǎn)；4、計算三維實(shí)際測量三維數(shù)據(jù)中所有點(diǎn)到設(shè)計模型三維數(shù)據(jù)中最近點(diǎn)的靜態(tài)最近距離、動態(tài)最近距離；5、構(gòu)建曲面適應(yīng)性距離的目標(biāo)函數(shù)；6、最小化目標(biāo)函數(shù)，計算微分運(yùn)動旋量；7、更新三維實(shí)際測量三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)拼合。本發(fā)明通過考慮曲面鄰域特征變化對距離計算精度的影響，定義了曲面適應(yīng)性的精度距離度量和拼合方法，平坦、強(qiáng)扭曲的復(fù)雜曲面，均能獲得精確的拼合結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及曲面蒙皮技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種曲面蒙皮三維數(shù)據(jù)拼合方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身、整流罩等大型曲面蒙皮是維持飛機(jī)氣動性能的主要受力 部件，其型面制造質(zhì)量不合格將會對飛機(jī)飛行穩(wěn)定性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)封閉產(chǎn)生潛在 安全隱患，因此如何精確的檢測蒙皮幾何尺寸對保證蒙皮制造質(zhì)量極為關(guān)鍵。 現(xiàn)有的蒙皮檢測方法主要以人工為主，存在精度低、一致性差與效率低等不足。 如何通過機(jī)器人測量系統(tǒng)自動獲取蒙皮密集的三維測量數(shù)據(jù)，然后與設(shè)計模型 進(jìn)行自動比對來檢測蒙皮尺寸，為大型蒙皮的高精高效檢測提供了新的思路。

點(diǎn)云拼合是將三維測量數(shù)據(jù)與設(shè)計模型自動統(tǒng)一到相同坐標(biāo)系并進(jìn)行比對 的常用算法，一般是通過求解兩個測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的相對位姿參數(shù)來使兩點(diǎn) 云整體距離最近。文獻(xiàn)“Go-ICP：A globally optimal solution to 3D ICP point-setregistration.IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2016, 38(11):2241-2254.”(全局最優(yōu)ICP:三維ICP點(diǎn)集配準(zhǔn)的全局最優(yōu)解，IEEE(電 氣與電子工程師協(xié)會模式分析和機(jī)器智能學(xué)報)提出了全局的Go-ICP拼合算法， 該算法通過分支限界算法查找三維運(yùn)動空間，以此優(yōu)化初始位姿，最后再通過 ICP(迭代最近點(diǎn)拼合算法)算法進(jìn)行精確拼合。文獻(xiàn)“Registration of surfaces minimizing errorpropagation for a one-shot multi-slit hand-held scanner.Pattern Recognition,2008,41(6):2055-2067.”(用于手持掃描儀(單次發(fā)射多線激光)掃描 的基于最小化誤差傳播的曲面批準(zhǔn)方法,模式識別期刊)提到了基于法向距離的 ICP匹配方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)局部二階收斂速度，但是對于拉伸類的曲面蒙皮， 容易導(dǎo)致點(diǎn)云沿切平面滑移，從而引起拼合誤差。上述兩類代表性的ICP相關(guān) 改進(jìn)算法，均基于歐式距離或法向距離構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，忽略了曲面變化對距離 計算精度的影響，對大型曲面蒙皮的拼合，更容易引起曲面拼合誤差。另一類 拼合方法是構(gòu)造新的目標(biāo)函數(shù)，如文獻(xiàn)“3DMNDT:3D multi-viewregistration method based on the normal distributions transform.ComputerVision and Pattern Recognition,2021,14(8):1-12.”(3DMNDT:基于正態(tài)分布變換的三維多視圖配準(zhǔn) 方法,計算機(jī)視覺和模式識別期刊)提出了一種基于正態(tài)分布變換的拼合方法，它 是將點(diǎn)云空間離散成網(wǎng)格單元，每個單元表示為網(wǎng)格內(nèi)所在點(diǎn)的均值和協(xié)方差， 點(diǎn)在特定位置的概率假設(shè)滿足正態(tài)分布，然后通過最小化點(diǎn)云之間的NDT(正態(tài) 分布變換)實(shí)現(xiàn)拼合。相比ICP，該類方法對初值不敏感，且無需尋找最近點(diǎn)， 可大幅提升拼合效率，但簡化了點(diǎn)云，因此不具備精度優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種曲面蒙皮三維數(shù)據(jù)拼合方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)三 維數(shù)據(jù)拼合技術(shù)拼合效率低、二階收斂速度慢以及拼合精度對曲面特征敏感的 技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種曲面蒙皮三維數(shù)據(jù)拼合方法，包括如下步驟：