本發(fā)明屬于機(jī)械與自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙目激光掃描測量系統(tǒng)的大型零部件點(diǎn)云拼接方法。
背景技術(shù)：
1、大型裝備結(jié)構(gòu)件通常為具有復(fù)雜幾何形狀和高精度要求的結(jié)構(gòu)部件，其尺寸測量的準(zhǔn)確性和效率直接關(guān)系到整體系統(tǒng)的性能和可靠性。任何細(xì)微的偏差都可能導(dǎo)致裝配的不穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的接觸式測量方法不僅效率低下，且在面對(duì)復(fù)雜曲面時(shí)難以保證測量精度。三維激光掃描技術(shù)以其測量范圍大、精度高、無接觸、不受光線影響、掃描速度快、自動(dòng)化程度高等，逐漸成為大型構(gòu)件測量的主要手段之一。通過高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，可以全面、詳細(xì)地捕捉大型構(gòu)件表面的每一個(gè)細(xì)節(jié)，不僅提高了測量的精度和效率，還減少了由于人為因素導(dǎo)致的測量誤差。
2、由于構(gòu)件的尺寸較大，常用的三維激光掃描設(shè)備難以在一個(gè)站位完成對(duì)大型構(gòu)件的整體掃描和完整測量，因此需要在多個(gè)站位進(jìn)行掃描，然后再通過三維點(diǎn)云拼接構(gòu)造出物體表面完整的三維模型。因此，三維點(diǎn)云拼接技術(shù)是三維激光掃描測量中的關(guān)鍵技術(shù)，決定著測量的效率，而拼接精度直接影響著系統(tǒng)的整體測量精度。
3、目前常見的三維點(diǎn)云拼接方法主要有以下兩種：第一種為利用icp等類配準(zhǔn)算法進(jìn)行的無輔助點(diǎn)云拼接，該方法的原理不適用于多線激光，并且對(duì)于大尺寸物體點(diǎn)云數(shù)量密集時(shí)會(huì)引起算法處理過程復(fù)雜、執(zhí)行速度慢，容易出現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程增加測量誤差的問題，影響測量精度；第二種方法為利用在被測物體上粘貼的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)云拼接的輔助拼接方法，該方法不僅會(huì)需要消耗大量的時(shí)間粘貼標(biāo)記點(diǎn)，并且對(duì)于紋理復(fù)雜的零部件無法進(jìn)行粘貼，會(huì)對(duì)其本身的紋理進(jìn)行遮擋，很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化拼接，影響測量的精度和效率。
4、目前市面上常見的掃描儀分為兩種，一種是固定式移動(dòng)激光掃描儀，其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行大范圍點(diǎn)云拼接的三維測量，并且其固定轉(zhuǎn)臺(tái)不能手持，只能在特定的轉(zhuǎn)臺(tái)或者范圍才可以使用；另一種是手持式貼點(diǎn)三維掃描儀，該掃描儀的點(diǎn)云拼接原理是基于粘貼在被測物體上的大量的標(biāo)記點(diǎn)，這就導(dǎo)致在粘貼的過程中不僅會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間，并且對(duì)于紋理復(fù)雜的零部件無法進(jìn)行粘貼，會(huì)對(duì)其本身的紋理進(jìn)行遮擋。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，在無需輔助貼點(diǎn)的條件下實(shí)現(xiàn)大型零部件三維測量點(diǎn)云的實(shí)時(shí)、自動(dòng)拼接，提高拼接速度并保證拼接精度。
2、為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，在手持式三維激光掃描儀的外殼上設(shè)置若干cct編碼，采用兩臺(tái)相機(jī)組成定位跟蹤裝置；在不同位置處，使用手持式三維激光掃描儀采集該位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用定位跟蹤裝置拍攝該位置處手持式激光三維掃描儀外殼上的cct編碼；通過cct編碼解碼和雙目三維重建得到各個(gè)位置處每個(gè)cct編碼圖案中心點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；使用最小二乘法獲取任意兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置，根據(jù)兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置拼接該兩個(gè)位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；輸出拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整零部件的三維模型。
3、上述基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其中，包括：s1：使用手持式三維激光掃描儀在第一個(gè)位置進(jìn)行掃描，得到第一個(gè)位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)a；同時(shí)定位跟蹤裝置拍攝第一個(gè)位置處手持式激光三維掃描儀外殼上的cct編碼；s2：對(duì)第一個(gè)位置處拍攝到的cct編碼進(jìn)行解碼，并根據(jù)定位跟蹤裝置的內(nèi)外參數(shù)計(jì)算每個(gè)cct編碼圖案中心點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；s3：使用手持式三維激光掃描儀在第二個(gè)位置進(jìn)行掃描，得到第二位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)b；同時(shí)定位跟蹤裝置拍攝第二位置處手持式激光三維掃描儀外殼上的cct編碼；s4：對(duì)第二位置處拍攝到的cct編碼進(jìn)行解碼，并根據(jù)定位跟蹤裝置的內(nèi)外參數(shù)計(jì)算每個(gè)cct編碼圖案中心點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；s5：使用最小二乘法計(jì)算第一個(gè)位置和第二個(gè)位置下具有相同cct編碼的三維點(diǎn)的變換矩陣，即能得到第一個(gè)位置與第二個(gè)位置的相對(duì)空間位置；根據(jù)第一個(gè)位置與第二個(gè)位置的相對(duì)空間位置拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)a與點(diǎn)云數(shù)據(jù)b；s6：在其他位置，重復(fù)步驟s1～s2，得到各個(gè)位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及每個(gè)cct編碼圖案中心點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；不斷更換位置，直至掃描完整個(gè)零部件；s7：使用最小二乘法獲取任意兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置，根據(jù)兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置拼接該兩個(gè)位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；輸出拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整零部件的三維模型，為后續(xù)零部件測量尺寸的計(jì)算提供支撐。
4、上述基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其中，所述步驟s5中，變換矩陣為旋轉(zhuǎn)矩陣或平移矩陣。
5、上述基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其中，所述步驟s5中，拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)定義為點(diǎn)云數(shù)據(jù)ab，點(diǎn)云數(shù)據(jù)ab＝點(diǎn)云數(shù)據(jù)a+點(diǎn)云數(shù)據(jù)b*變換矩陣。
6、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：
7、由于本發(fā)明基于對(duì)手持式三維掃描儀的外殼上的cct編碼進(jìn)行定位，通過計(jì)算不同位置處編碼圖案的三維坐標(biāo)，利用最小二乘法得到不同位置之間的變換矩陣(旋轉(zhuǎn)矩陣或平移矩陣)，進(jìn)而得到不同位置處點(diǎn)云之間的旋轉(zhuǎn)矩陣或平移矩陣，可見本方法不受制于空間范圍的限制，并且也不會(huì)由于被測物體表面紋理的復(fù)雜程度而受到干擾，具有較強(qiáng)的實(shí)用性與先進(jìn)性。
1.基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，在手持式三維激光掃描儀的外殼上設(shè)置若干cct編碼，采用兩臺(tái)相機(jī)組成定位跟蹤裝置；在不同位置處，使用手持式三維激光掃描儀采集該位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用定位跟蹤裝置拍攝該位置處手持式激光三維掃描儀外殼上的cct編碼；通過cct編碼解碼和雙目三維重建得到各個(gè)位置處每個(gè)cct編碼圖案中心點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)；使用最小二乘法獲取任意兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置，根據(jù)兩個(gè)位置的相對(duì)空間位置拼接該兩個(gè)位置處的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；輸出拼接好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建完整零部件的三維模型。
2.如權(quán)利要求1所述的基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，包括：
3.如權(quán)利要求2所述的基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述步驟s5中，變換矩陣為旋轉(zhuǎn)矩陣或平移矩陣。
4.如權(quán)利要求3所述的基于手持式三維掃描儀測量的大型零部件點(diǎn)云拼接方法，其特征在于，所述步驟s5中，拼接后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)定義為點(diǎn)云數(shù)據(jù)ab，點(diǎn)云數(shù)據(jù)ab＝點(diǎn)云數(shù)據(jù)a+點(diǎn)云數(shù)據(jù)b*變換矩陣。