飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统，其中飞机蒙皮接缝特征提取方法包括以下步骤：获取接缝的条纹投影特征区域图；合成特征区域三维点云；确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面；将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，分别利用高度差突变法及斜率值最大法进行三维特征边缘识别获取特征中心区域的边缘点云；根据斜率值最大法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的间隙特征；根据高度差突变法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的阶差特征本发明专利技术提出了两种飞机蒙皮三维点云边缘点的识别方法，分别实现对飞机蒙皮接缝的阶差和间隙的边缘点定位，增强了算法的鲁棒性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统


[0001]本专利技术涉及精密测量
，具体为一种飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统。

技术介绍

[0002]飞行器在装配过程中，因受到加工精度、组装精度以及环境等因素的影响，装配质量不可避免地会偏离理想特性，如蒙皮接缝之间、蒙皮与结构之间、机身部段之间等，而装配误差通过生产链传播与积累，最终直接影响飞行器的隐身和空气动力性能。因此，对装配质量进行严格控制与把关具有重要意义。而装配质量主要与工装设计、装配顺序、定位方案以及外形测量等要素密切相关，其中外形测量的结果是衡量装配质量的重要指标。在外形测量工作中包含了大量蒙皮接缝结构的测量，并且对此结构测量精度要求较高，其质量保证对飞行器的气动特性、飞行安全性、飞行成本与战斗机的隐身性等起着重要作用。
[0003]传统的蒙皮接缝结构的测量主要借助检测塞尺、专用量具和人工观测等手段，这种检测方法基于模拟量的测量结果，难以精确地描述接缝结构状态，并且在信息维度、检测精度和效率方面都难以满足制造先进飞行器的实际需求。当测量较长的蒙皮接缝时费时费力，一些复杂结构的间隙与阶差因放入塞尺困难而无法测量，而且这种测量方法只能进行静态测量，无法实现实时在线测量，更无法将测量数据快速导入计算机进行在线分析。
[0004]视觉测量技术因其精度高、效率高、速度快以及重复性好等优点广泛应用于精密测量，尤其是在工业制造、生物医学、人脸识别、文物保护等领域。经过这些年的长足发展，视觉测量技术的精度已经能够达到微米级，并且能实时显示扫描出来。很多行业也已经配备了机器视觉扫描仪和相应的三维算法，以实现不同的具体功能。飞机蒙皮接缝区域三维点云数据的获取通过结构光或者光栅投影技术对飞机蒙皮接缝处进行扫描均能得到，但得到的是整个扫描区域的三维点云数据，如何通过算法实现接缝特征数据(阶差flush和间隙gap)的计算是整个蒙皮接缝三维测量中决策的一环。
[0005]许多科研团队已经和公司也对飞机蒙皮接缝的测量进行了研究。龙坤、谢谦等人的基于线激光扫描的测量方法，用线激光进行飞机蒙皮接缝的扫描测量，根据扫描仪得到的点云密度的差别，将特征区域分割开来，再对特征区域进行k
‑
mean聚类确定特征，然后根据相邻点的高度和斜率差异确定临界点和边界点，最后对间隙和阶差进行作差求解。中国科学院的夏仁波、陈松林等人利用条纹投影技术对蒙皮接缝特征进行测量，根据三维点云数据与图像之间的对应关系定位接缝位置，确定接缝两侧的边缘点，计算接缝特征当量，并改进了条纹投影测量方法，降低了相位误差，提高此方法对待测物表面的适应能力。国外oyeongYi等人设计了一种基于双目结构光图像的主动测距系统，将差分图像与结构光调制相结合，降低了低照度对图像处理的影响，提高了检测效率，实现了弱光环境下的准确测量。Tran等人将基于多线结构光的单目视觉检测应用于检测蒙皮接缝，此检测方式以剔除不合格图像的方式降低了噪声对接缝特征提取的影响。还有很多做了技术产品，比如美国Origin Technologies公司的Laser Gauges测量设备、加拿大LMI Technologies Inc公司的Gocator2530系列、英国Third Dimension Software公司研发的Gap Gun Pro、瑞典
Hexagon公司的NEXTSENSE等，都应用了视觉测量技术对蒙皮接缝进行测量，并具有易用性、便携性以及坚固性等优点。其中Laser Gauges、Gap Gun Pro等测量设备结合视觉测量技术与虚拟量规的测量方法，已应用于众多的航空公司。
[0006]不同的扫描方法的测量算法也不一样，结构光扫描测量利用发射的一字激光进行扫描，所以单次扫描的区域很小，通过直接对每次扫描得到激光特征图进行处理得到扫描区域的三维特征数据，光栅投影扫描测量的范围比较大，单次扫描得到的点云也稠密，从众多三维点云数据中提取并计算接缝的特征数据并不像结构光扫描那样从一张特征图仅提取一处的特征数据。因此研究光栅投影对飞机蒙皮接缝进行测量尤为重要。但是现有的利用光栅投影测量飞机蒙皮接缝的研究较少，且仅有的算法存在鲁棒性不强，测量精度低，测量曲线接缝时的误差大等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统，通过在已得到的整体的飞机蒙皮接缝三维点云中，建立飞机蒙皮特征数据计算模型，通过高度差突变法和斜率值最大法提取特征点云边缘点，实现飞机蒙皮三维特征数据的提取，以达到接缝的高精度检测与高精度测量的目的。
[0008]本专利技术提供了飞机蒙皮接缝特征提取方法，包括以下步骤：
[0009]获取接缝的条纹投影特征区域图；
[0010]将条纹投影特征区域图中的接缝特征中心与利用传感器所标定的特征区域的数据合成特征区域三维点云；根据条纹投影特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面；
[0011]将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，分别利用高度差突变法及斜率值最大法进行三维特征边缘识别获取特征中心区域的边缘点云；
[0012]根据斜率值最大法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的间隙特征；根据高度差突变法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的阶差特征。
[0013]进一步地，所述获取接缝的条纹投影特征区域图，包括：
[0014]获取接缝的光栅投影区域的原图及条纹投影特征图；
[0015]提取所述原图中的接缝特征中心并进行标记，得到特征区域图；
[0016]依据所述特征区域图对条纹投影特征图进行掩膜，得到条纹投影特征区域图；
[0017]通过对所述条纹投影特征区域图进行相位计算，并结合接缝特征中心的标记数据与利用传感器所标定的特征区域的数据合成特征区域三维点云；
[0018]根据所述特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面。
[0019]进一步地，所述提取原图中的接缝特征中心并进行标记，得到特征区域图，包括以下步骤：
[0020]对原图进行去噪；
[0021]利用Steger算法提取去噪后的原图中的接缝特征中心并进行标记；
[0022]对标记的接缝特征中心进行膨胀、掩膜，得到特征区域图。
[0023]进一步地，所述特征区域图中的接缝特征中心为特征区域三维点云中的特征中
心；
[0024]所述根据特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征三维点云截面，包括：
[0025]在特征区域图中的特征中心处作垂线，所述垂线垂直于特征区域图中的特征中心线，且其两端分别交于特征中心的两侧特征边缘点处；
[0026]沿垂线做垂面，该垂面为特征三维点云截面。
[0027]进一步地，将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，包括：
[0028]设定特征中心的附近点云到特征三维点云截面的距离阈值为λ，并计算特征区域三维点云中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：获取接缝的条纹投影特征区域图；将条纹投影特征区域图中的接缝特征中心与利用传感器所标定的特征区域的数据合成特征区域三维点云；根据条纹投影特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面；将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，分别利用高度差突变法及斜率值最大法进行三维特征边缘识别获取特征中心区域的边缘点云；根据斜率值最大法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的间隙特征；根据高度差突变法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的阶差特征。2.根据权利要求1的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：所述获取接缝的条纹投影特征区域图，包括：获取接缝的光栅投影区域的原图及条纹投影特征图；提取所述原图中的接缝特征中心并进行标记，得到特征区域图；依据所述特征区域图对条纹投影特征图进行掩膜，得到条纹投影特征区域图；通过对所述条纹投影特征区域图进行相位计算，并结合接缝特征中心的标记数据与利用传感器所标定的特征区域的数据合成特征区域三维点云；根据所述特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面。3.根据权利要求2的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：所述提取原图中的接缝特征中心并进行标记，得到特征区域图，包括以下步骤：对原图进行去噪；利用Steger算法提取去噪后的原图中的接缝特征中心并进行标记；对标记的接缝特征中心进行膨胀、掩膜，得到特征区域图。4.根据权利要求2的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：所述特征区域图中的接缝特征中心为特征区域三维点云中的特征中心；所述根据特征区域图中的接缝特征中心确定特征区域三维点云中的特征三维点云截面，包括：在特征区域图中的特征中心处作垂线，所述垂线垂直于特征区域图中的特征中心线，且其两端分别交于特征中心的两侧特征边缘点处；沿垂线做垂面，该垂面为特征三维点云截面。5.根据权利要求4的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，包括：设定特征中心的附近点云到特征三维点云截面的距离阈值为λ，并计算特征区域三维点云中的点云到特征三维点云截面的距离d；当特征中心的附近点云中某一点的点云到特征三维点云截面的距离d小于或等于距离阈值λ时，则将该点投影到特征三维点云截面上。6.根据权利要求5的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：所述分别利用高度差突变法及斜率值最大法进行三维特征边缘识别获取特征中心区域的边缘点云，包括以下步骤：
以特征中心为原点，以点云排列方向为x轴在特征三维点云截面中建立平面直角坐标系；在所述平面直角坐标系中，利用高度差突变法确定特征中心两侧的特征边缘点；在所述平面直角坐标系中，利用斜率最大值法确定特征中心两侧的特征边缘点。7.根据权利要求6的飞机蒙皮接缝特征提取方法，其特征在于：利用所述高度差突变法确定特征中心一侧的特征边缘点，包括；将特征中心一侧的特征边缘点的附近点云总数中的一部分点云作为起始点云数据，分别计算起始点云数据中相邻的两个点云之间的高度差，得到集合P＝{|d1|，|d2|，...，|d
m
|}，计算|d1|,...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏桂锁，温志辉，刘孙强，程强强，刘万栋，陈风，何宜真，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：