基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法。其中，该方法包括：S1：点云的局部密度计算；S2：根据点云的局部密度进行模型分块；S3：对缝特征区域提取；S4：对缝特征线精细提取。本发明专利技术能够应用于多种设备采集的散乱点云，具有灵活易用的特点。通过本发明专利技术，为飞机蒙皮对缝特征线的提取提供高精度的方法，减轻专业人员的劳动强度，提高检测效率，能够有效的减少人为主观性导致的误差。

The method of extracting the seam feature line of aircraft skin based on scattered point cloud

【技术实现步骤摘要】
基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法
本专利技术涉及飞机制造技术
，具体而言涉及一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法。
技术介绍
飞机蒙皮类零件在装配过程中存在对缝，对缝的间隙和价差影响到飞机的气动特性和飞机安全性，而对缝特征线的精细提取影响对缝间隙和价差的测量精度，因此对飞机蒙皮对缝特征线的精细提取在飞机制造
具有实际意义。飞机蒙皮对缝特征线起着检验和加工依据的作用，由于飞机蒙皮存在尺寸大易变形等特点，需要在机检测才能保证其加工精度，因此需要对飞机蒙皮对缝特征线进行实时提取。传统的方法多使用扫描仪获取飞机蒙皮的实际三维点云数据，通过计算点云数据曲率来进行特征线提取，然而点云数据量大，曲率计算复杂，不利于对缝特征线的实时提取。针对上述问题，本专利技术提出一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，利用点云数据的密度特性以及蒙皮对缝的几何特性，获取对缝特征线，以实现蒙皮对缝的实时检测。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，通过对散乱点云的模型分块以及反复平面拟合优化和直线拟合优化，快速且优质的提取到散乱点云的特征线，提高了对缝特征线提取的精确度与效率，在飞机蒙皮对缝特征线提取方面具有很高的应用价值。为达成上述目的，结合图1，本专利技术提出一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，所述提取方法包括：S1：计算得到每个离散点云对应的局部密度；S2：根据点云的局部密度进行模型分块，以划分得到边界特征点集合P1和非边界特征点集合P2；S3：对所述边界特征点集合P1中的点进行对缝特征区域提取处理，得到对缝特征区域点；S4：采用RANSAC算法对所述对缝特征区域点进行直线拟合处理，得到对缝特征线。进一步的实施例中，步骤S1中，所述计算得到每个离散点云对应的局部密度是指，统计分析每个离散点云的单位体积中其r邻域中点的个数来估算相应的点云局部密度。进一步的实施例中，所述提取方法还包括：根据下述公式计算点云局部密度：d(pi)＝num(Nr(pi))其中，pi表示离散点云中的任意一点，邻域Nr(pi)表示以pi为中心点的球形区域，num(k)表示区域k中点的个数。进一步的实施例中，步骤S2中，所述根据点云的局部密度进行模型分块，以划分得到边界特征点集合P1和非边界特征点集合P2的过程包括以下步骤：S21：记全部点云集合为P；S22：设置判断边界特征点的边界特征点阈值σ1；S23：根据所述点云密度对于P中的每个点pi进行分块处理：将局部密度小于等于所述边界特征点阈值σ1的点归入边界特征点集合P1；将局部密度大于所述边界特征点阈值σ1的点归入非边界特征点集合P2。进一步的实施例中，步骤S3中，所述对所述边界特征点集合P1中的点进行对缝特征区域提取处理，得到对缝特征区域点的过程包括以下步骤：S31：采用特征值法对所述非边界特征点集合P2中的点进行平面拟合处理；S32：设置判断边界特征区域的对缝特征区域阈值σ2；S33：根据所述边界特征区域阈值对所述边界特征点集合P1中的点进行对缝特征区域提取处理：将所述边界特征点集合P1中到所述拟合平面的距离大于所述边界特征区域阈值σ2的点归入对缝特征区域点。进一步的实施例中，步骤S31中，所述采用特征值法对所述非边界特征点集合P2中的点进行平面拟合处理的过程包括以下步骤：S311：将空间平面的方程可表示为ax+by+cz＝d，其中(a,b,c)为拟合平面的单位法向量，即a2+b2+c2＝1，d为坐标原点到平面的距离，d≥0；S312：根据特征值法确定a，b，c，d四个参数，继而确定拟合平面方程。进一步的实施例中，步骤S312中，所述根据特征值法确定a，b，c，d四个参数，继而确定拟合平面方程的过程包括以下步骤：S3121：计算出非边界特征点集合P2中的每个点pi(xi,yi,zi)到拟合平面的距离di：di＝|axi+byi+czi-d|S3122：设定距离阈值σ，结合距离阈值σ对非边界特征点集合P2中的每个点pi(xi,yi,zi)进行筛选：若di小于等于σ则保留该点，若di大于σ则去除该点；S3123：将保留下来的点通过特征值法再次拟合平面，更新平面方程参数值a,b,c,d；S3124：重复步骤S3121至S3123，直到剩下所有的点到拟合平面的距离都在设定的距离阈值σ之内，得到优化后的拟合平面参数a,b,c,d，以及优化后的拟合平面Ω:ax+by+cz＝d。进一步的实施例中，步骤S4中，所述采用RANSAC算法对所述对缝特征区域点进行直线拟合处理，得到对缝特征线的过程包括以下步骤：从所述对缝特征区域点中随机取两个点连接成一条直线，计算其余点中到该条直线的距离不超过误差容忍阈值的点的个数Ki，并记录Ki；重复执行上述步骤直至i的值大于设定迭代次数，然后选出最大值Kj，此时Kj对应的直线即为对缝特征线。以上本专利技术的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：(1)通过对散乱点云的模型分块以及反复平面拟合优化和直线拟合优化，快速且优质的提取到散乱点云的特征线，提高了对缝特征线提取的精确度与效率，在飞机蒙皮对缝特征线提取方面具有很高的应用价值。(2)能够实现对飞机蒙皮对缝特征线进行实时提取。(3)能够应用于多种设备采集的散乱点云，具有灵活易用、适用性广的特点。应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的专利技术主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的专利技术主题的一部分。结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本专利技术教导的前述和其他方面、实施例和特征。本专利技术的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本专利技术教导的具体实施方式的实践中得知。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是根据本专利技术实施例的飞机蒙皮对缝特征线提取方法的流程图。图2是点云模型分块的流程图。图3是平面拟合优化的流程图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。本专利技术提出了一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，所述提取方法包括以下四个步骤。步骤1、点云局部密度计算。步骤一所述的点云局部密度不同于点云密度，本申请定义的局部点云密度为点云中每个点的内部属性，与各点之间的间隙有关。局部点云密度能够体现点云数据整体空间分布不均匀的特性，点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，所述提取方法包括：/nS1：计算得到每个离散点云对应的局部密度；/nS2：根据点云的局部密度进行模型分块，以划分得到边界特征点集合P

【技术特征摘要】
1.一种基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，所述提取方法包括：
S1：计算得到每个离散点云对应的局部密度；
S2：根据点云的局部密度进行模型分块，以划分得到边界特征点集合P1和非边界特征点集合P2；
S3：对所述边界特征点集合P1中的点进行对缝特征区域提取处理，得到对缝特征区域点；
S4：采用RANSAC算法对所述对缝特征区域点进行直线拟合处理，得到对缝特征线。


2.根据权利要求1所述的基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，步骤S1中，所述计算得到每个离散点云对应的局部密度是指，
统计分析每个离散点云的单位体积中其r邻域中点的个数来估算相应的点云局部密度。


3.根据权利要求2所述的基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，所述提取方法还包括：
根据下述公式计算点云局部密度：
d(pi)＝num(Nr(pi))
其中，pi表示离散点云中的任意一点，邻域Nr(pi)表示以pi为中心点的球形区域，num(k)表示区域k中点的个数。


4.根据权利要求1所述的基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，步骤S2中，所述根据点云的局部密度进行模型分块，以划分得到边界特征点集合P1和非边界特征点集合P2的过程包括以下步骤：
S21：记全部点云集合为P；
S22：设置判断边界特征点的边界特征点阈值σ1；
S23：根据所述点云密度对于P中的每个点pi进行分块处理：
将局部密度小于等于所述边界特征点阈值σ1的点归入边界特征点集合P1；将局部密度大于所述边界特征点阈值σ1的点归入非边界特征点集合P2。


5.根据权利要求1所述的基于散乱点云的飞机蒙皮对缝特征线提取方法，其特征在于，步骤S3中，所述对所述边界特征点集合P1中的点进行对缝特征区域提取处理，得到对缝特征区域点的过程包括以下步骤：
S31：采用特征值法对所述非边界特征点集合P2中的点进行平面拟合处理；
S32：设置判断边界特征区域的对缝特征区域阈值σ2；
S33：根据所述边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，戴佳佳，郜金艳，张沅，谢乾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32