【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于三維測量，涉及一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法。
技術介紹
1、基于條紋投射的視覺測量系統以其非接觸、高效率優勢，在工業產品制造和檢測中得到廣泛應用，但當前商用三維點云測量設備對于復雜結構測量能力不足，在構件表面出現復雜高光時，測量精度嚴重下降，甚至無法測量；此外當工業構件擁有尺寸大、弱紋理等特點時，無法使用基于特征的點云拼接，而使用傳統的基于標志點的點云拼接方法存在較大的傳遞誤差，測量效率低，拼接精度差。
2、為此，亟需一種復雜構件大視場測量方法，完成對高光表面的免噴涂測量，以及大尺寸弱紋理表面的柔性拼接，實現大測量空間下多視場點云數據的高精度融合，提升測量拼接效率和精度。
技術實現思路
1、針對現有配準技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法，由此解決現有的三維測量方法在大型復雜構件測量中存在的高光表面無法測量，大尺寸弱紋理表面點云拼接效率低、精度差的問題。
2、為實現上述目的，本專利技術提供了一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法，包括：
3、s1.由小視場高空間分辨率的局部測量系統，投射多亮度多頻光柵細條紋重建構件的單視場三維點云；繼續投射粗條紋圖像，由其左右相機和大視場低空間分辨率的全局測量系統相機同步獲取圖像；
4、s2.通過投射粗條紋獲得的條紋投影圖像，將局部系統點云統一至全局系統坐標系下，實現基于相位匹配的
5、s3.基于聯合激光跟蹤儀及視覺系統標定的轉臺全局標志點，根據全局系統獲取當前轉臺絕對位置的標志點三維坐標，將其配準至轉臺全局標志點坐標系下；轉動轉臺到不同的絕對位置，實現多個局部區域間點云的拼接；
6、s4.基于trimmed?icp算法進行兩兩點云間的精配準，迭代多輪直到所有視角的剛體變換矩陣接近單位陣結束，實現重疊率自適應的全局優化。
7、優選地，局部系統投射細條紋實現基于外差多頻相移原理及高動態測量單視場點云，投射粗條紋觸發局部系統和全局系統同步拍圖，具體為：
8、s11.小視場高空間分辨率的局部測量系統投射多組不同亮度的多頻光柵細條紋圖像，僅由局部系統左右相機拍圖；
9、s12.保留每一像素多亮度條紋投影圖中調制度最大的結果，解算得到重建構件表面單視場三維點云；
10、s13.局部系統繼續投射多頻光柵粗條紋圖像，由局部系統及大視場低空間分辨率全局系統相機同步拍圖。
11、優選地，基于相位匹配的跨尺度多系統拼接，獲取構件局部區域內拼接點云，具體為：
12、s21.基于投射粗條紋獲得的條紋投影圖像，解算構件表面點在所有相機下的相位值，搜索局部系統和全局系統相機拍得的同名點，對于有2個相機的全局系統，表示為：||p-pi||φ＜ε，
13、其中，p為被測物上一點的絕對相位，pi為其在4個相機上像點相位值，||·||φ表示絕對相位域下的歐式距離，ε為控制相似度的閾值；
14、s22.根據最大有效相位點數原則和最優雙目結構參數原則，選取兩個全局系統相機構成最優全局雙目系統；
15、s23.利用局部系統和最優全局雙目系統分別重建三維點，由同名點在兩個系統坐標系下的坐標，優化得兩個系統間外參，并結合標定的全局系統各相機間的外參，將局部系統點云統一至全局系統坐標系下，實現構件局部區域內點云的拼接。
16、優選地，基于聯合激光跟蹤儀及視覺系統標定的轉臺全局標志點實現多個局部區域間點云的拼接，具體為：
17、s31.將激光跟蹤儀靶座均勻固定在轉臺上不同位置，將靶球放置于靶座上，由激光跟蹤儀測量得到靶球中心坐標，獲取所有靶座上球心在跟蹤儀坐標系下的坐標，構建全局基準點集；
18、s32.替換靶球為跟蹤儀-攝影測量轉換球，由全局系統同步測量轉換球球心坐標及轉臺表面標志點坐標，將轉換球球心坐標配準至s31中所述全局基準點集。轉動轉臺，重復上述步驟，最終實現轉臺全局標志點的標定；
19、s33.在轉臺當前絕對位置，由全局系統拍攝轉臺標志點，得到當前標志點相對于全局系統坐標系的坐標，并將其配準至轉臺全局標志點，獲取當前全局系統到轉臺全局標志點坐標系的轉換矩陣；
20、s34.基于s33中所述轉換矩陣，變換構件局部區域內拼接后點云，轉動轉臺并重復s33，將所有局部區域點云統一至轉臺全局標志點坐標系下，實現構件多個局部區域間點云的拼接。
21、優選地，基于trimmed?icp算法的全局優化實現重疊率自適應的多視場點云精配準，具體為：
22、s41.在每一輪迭代中，從第一個視角開始，計算其與其它所有視角整體點云的重疊率，使用trimmed?icp算法計算每個視角的點云數據到其它所有視角整體點云數據的剛體變換矩陣；
23、s42.計算完成后將該視角點云數據進行坐標變換，然后計算下一個視角到其他所有視角點云數據的剛體變換矩陣，并進行坐標變換；
24、s43.當所有視角第一輪計算與變換完畢后，繼續進行第二、第三輪計算與變換，直至所有視角的剛體變換矩陣接近單位陣時，整體拼接優化完畢。
25、本專利技術提供的技術方案具有以下有益效果：
26、在本專利技術中，提出了一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法。首先，由小視場高空間分辨率的局部系統投射多亮度細條紋，基于外差多頻相移原理及高動態測量實現構件表面單視場高精度點云數據獲取，并投射粗條紋觸發局部系統和全局系統同步拍圖。利用粗條紋投影圖，實現基于相位匹配的跨尺度多系統拼接，獲取構件局部區域內拼接點云。然后基于聯合激光跟蹤儀及視覺系統標定的轉臺全局標志點，實現多個局部區域間點云的拼接，并由基于trimmed?icp算法的全局優化實現重疊率自適應的多視場點云精配準，獲得完整高精度點云。多種實驗證明，相對于傳統的基于條紋投射的點云測量方法和基于特征點的點云拼接方法，本專利技術算法能夠實現對工業構件高光表面的免噴涂測量，以及大尺寸弱紋理表面的柔性拼接，實現大測量空間下多視場點云數據的高精度融合，提升測量拼接效率和精度。
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1.一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述由小視場高空間分辨率的局部測量系統投射多亮度細條紋圖像獲取構件單視場三維點云，并繼續投射粗條紋圖像觸發局部系統與大視場低空間分辨率全局系統相機同步拍圖，具體包括：
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述基于相位匹配實現跨尺度的局部與全局系統點云拼接，獲取構件局部區域內拼接點云，具體包括：
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，S3中所述基于聯合激光跟蹤儀及視覺系統標定的轉臺全局標志點實現多個局部區域間點云的拼接，具體包括：
5.根據權利要求1中所述的方法，其特征在于，S4中所述基于trimmed?ICP算法的全局優化實現重疊率自適應的多視場點云精配準，具體包括：
【技術特征摘要】
1.一種基于相位匹配和全局標志點拼接的復雜構件大視場測量方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，s1中所述由小視場高空間分辨率的局部測量系統投射多亮度細條紋圖像獲取構件單視場三維點云，并繼續投射粗條紋圖像觸發局部系統與大視場低空間分辨率全局系統相機同步拍圖，具體包括：
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，s2中所述基于相位匹...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙慧潔，李旭東，金哲慧，姜宏志，
申請(專利權)人：北京航空航天大學青島研究院，
類型：發明
國別省市：
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