【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于l2距離相似度評價配準的結構板孔位測量方法，屬于高精度自動測量。
技術介紹
1、隨著計算機圖像處理及視覺檢測技術的快速發展，人們可以方便得獲取物體表面的空間點位信息，這些信息本質上是一系列物體表面采樣點的幾何三維坐標，被稱作三維點云數據。其中，三維點云配準技術作為位姿估計、數據拼接、多傳感器標定等眾多技術的核心，是點云數據處理技術中的關鍵技術之一，在工業檢測、航空航天、導航定位、醫療診斷等諸多領域得到了應用，特別是在航天結構板檢測領域，利用三維點云配準技術可以極大提高孔位檢測效率。
2、三維點云匹配技術的內涵可以描述為：對于兩組任意姿態、點數的三維點云，尋找一組空間坐標變換關系，使其中一組點云經過坐標變換后，其各點的空間位置與另一組點盡可能保持一致。目前，三維點云配準的算法主要分為兩類：基于概率模型的配準算法和基于最小二乘的配準算法。對于第一種方法，主流方法為andriymyronenko和xubo?song提出的一致點漂移算法(coherent?point?drift,cpd)，它將坐標轉換矩陣的求解轉化為高斯混合模型的質心點云于觀測數據點云進行擬合的最大似然估計問題，對點的噪聲和偏差具有較強穩定性，但是配準精度不高，容易陷入局部最優；對于第二種方法，最具代表性的是beslpj和mckay?nd提出的迭代最鄰近點法(iterative?closest?points?algorithm,icp)，配準精度非常高但其結果高度依賴初始值的全局最優性和準確性。
3、攝影測量是航天器結構板外
4、在結構板孔位的攝影測量中，對于標志點配準的準確度和精度均有較高的要求，其點云特點為：待配準的兩組點云間僅存在剛體變換，且點與點之間存在著嚴格對應關系；噪聲較小、但包含部分離群點以及缺失點；存在一定對稱性，除開真實配準姿態以外，可能還包含多個不同的良好配準姿態。在這種情況下cpd算法容易陷入局部最優，導致錯誤配準，相對而言，icp算法能夠得到較高的精度，具有更廣的應用前景，但是要求對點云間各點的匹配關系有較好的預估，實現高魯棒性全局點云配準是icp算法應用的關鍵問題。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，解決當前航天結構板孔位的高精度自動測量過程中icp算法需要高精度初始點云配準關系的問題。提出一種高穩定性、高效率、高精度的結構板孔位測量方法。
2、本專利技術目的通過以下技術方案予以實現：
3、一種基于l2距離相似度評價配準的結構板孔位測量方法，包括：
4、s1、從結構板的三維模型當中，提取結構孔位的三維坐標，構成一組三維點云作為參考點云；
5、s2、搭建結構板孔位測量環境，通過攝影測量測得結構孔位的三維坐標，作為測量點云；
6、s3、分別對參考點云與測量點云計算l2距離集；
7、s4、根據s3中計算得到的l2距離集，構造基于l2距離的相似度分布圖；
8、s5、搜索s4中的相似度分布圖，提取最佳匹配點對；
9、s6、通過svd分解計算匹配點對間坐標變換函數，作為icp算法初始值；
10、s7、使用icp算法迭代計算坐標變換關系，實現高精度配準；
11、s8、孔位測量結果計算。
12、本專利技術相比于現有技術具有如下有益效果：
13、(1)高穩定性點云全局匹配。本專利技術提出的l2距離相似度評價的點云自動配準方法，綜合分析了參考點云與測量點云之間所有配準情況，是一種無需提供初始值的全局配準方法，克服了航天結構板測量中，由于孔位對稱性高導致配準容易出現局部錯誤收斂的問題，可穩定得到滿足最小二乘條件的全局最優解。
14、(2)高精度匹配參數計算。本專利技術提出的l2距離相似度評價的點云自動配準方法，針對航天結構板理論與測量孔位之間存在著嚴格對應關系的特點，通過以高精度icp算法為基礎的配準計算，在基于全局穩定配準的情況下，能夠計算出高精度坐標變換參數。
15、(3)孔位高效識別提取。本專利技術針對航天結構板平面、多側邊、多孔位的結構特點，通過特征識別算法，可自動識別不同形狀、尺寸的結構板正面及側邊，提取特征參數與孔位信息，效率。
16、(4)孔位測量結果自動化高效計算。本專利技術針對航天結構板孔位多參數測量需求，可對點云配準結果進行自動化后處理分析，并直接輸出正面板、側面板的孔位置度、孔距、直線度、平面度等結果參數，提高測量效率。
17、(5)高穩定高效高精度結構板孔位測量。本專利技術通過l2距離相似度評價配準保證結果的穩定和高精度，實現了從輸入模型孔位識別提取、點云配準及計算，再到數據后處理輸出的全流程自動化，大幅提升計算效率，從而實現高穩定高效高精度的結構板孔位測量。
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1.一種基于L2距離相似度評價配準的結構板孔位測量方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S1具體包括：
3.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S2中搭建結構板孔位測量環境包括測量平臺、工業相機、平面光源陣列、遮光罩、高精度定位靶標和主機；結構板置于測量平臺上，平面光源陣列在測量平臺四周布置，提供均勻光照；高精度定位靶標置于結構板上待檢測的孔位內，遮光罩包覆上述設施，避免環境光干擾；高精度定位靶標為與結構板孔位的孔徑和螺紋匹配的特制靶標，由螺桿、螺帽和攝影測量靶標點組成，攝影測量靶標點平貼在螺帽上，攝影測量靶標點中心與螺帽中心位置偏移小于0.01mm，攝影測量分區域全覆蓋結構板上所有高精度定位靶標，從圖像中提取出定位靶標上靶標點中心，以這中心點位置作為結構板孔位的位置。
4.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S4具體包括：
5.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S5具體包括：將相似度分布圖C(u,v)看做一個二維矩陣，遍歷
6.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S6具體包括：
7.根據權利要求6所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S7具體包括：
8.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟S8具體包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于l2距離相似度評價配準的結構板孔位測量方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟s1具體包括：
3.根據權利要求1所述的結構板孔位測量方法，其特征在于，步驟s2中搭建結構板孔位測量環境包括測量平臺、工業相機、平面光源陣列、遮光罩、高精度定位靶標和主機；結構板置于測量平臺上，平面光源陣列在測量平臺四周布置，提供均勻光照；高精度定位靶標置于結構板上待檢測的孔位內，遮光罩包覆上述設施，避免環境光干擾；高精度定位靶標為與結構板孔位的孔徑和螺紋匹配的特制靶標，由螺桿、螺帽和攝影測量靶標點組成，攝影測量靶標點平貼在螺帽上，攝影測量靶標點中心與螺帽中心位置偏移小于0.01mm，攝影測量分區域全覆蓋結構板上所有高精度定位靶標，從圖像中提取出定位靶標上靶標點中心，以這中心點位置作為結構板孔位的位置。
【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘俊杰，牛海瑞，周勇，薛文娟，唐嘉瑞，李強，程聰，焦蕊，張源超，翟福軍，
申請(專利權)人：北京衛星制造廠有限公司，
類型：發明
國別省市：
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