【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于l2距离相似度评价配准的结构板孔位测量方法，属于高精度自动测量。
技术介绍
1、随着计算机图像处理及视觉检测技术的快速发展，人们可以方便得获取物体表面的空间点位信息，这些信息本质上是一系列物体表面采样点的几何三维坐标，被称作三维点云数据。其中，三维点云配准技术作为位姿估计、数据拼接、多传感器标定等众多技术的核心，是点云数据处理技术中的关键技术之一，在工业检测、航空航天、导航定位、医疗诊断等诸多领域得到了应用，特别是在航天结构板检测领域，利用三维点云配准技术可以极大提高孔位检测效率。
2、三维点云匹配技术的内涵可以描述为：对于两组任意姿态、点数的三维点云，寻找一组空间坐标变换关系，使其中一组点云经过坐标变换后，其各点的空间位置与另一组点尽可能保持一致。目前，三维点云配准的算法主要分为两类：基于概率模型的配准算法和基于最小二乘的配准算法。对于第一种方法，主流方法为andriymyronenko和xubo song提出的一致点漂移算法(coherent point drift,cpd)，它将坐标转换矩阵的求解转化为高斯混合模型的质心点云于观测数据点云进行拟合的最大似然估计问题，对点的噪声和偏差具有较强稳定性，但是配准精度不高，容易陷入局部最优；对于第二种方法，最具代表性的是beslpj和mckay nd提出的迭代最邻近点法(iterative closest points algorithm,icp)，配准精度非常高但其结果高度依赖初始值的全局最优性和准确性。
3、摄影测量是航天器结构板外
4、在结构板孔位的摄影测量中，对于标志点配准的准确度和精度均有较高的要求，其点云特点为：待配准的两组点云间仅存在刚体变换，且点与点之间存在着严格对应关系；噪声较小、但包含部分离群点以及缺失点；存在一定对称性，除开真实配准姿态以外，可能还包含多个不同的良好配准姿态。在这种情况下cpd算法容易陷入局部最优，导致错误配准，相对而言，icp算法能够得到较高的精度，具有更广的应用前景，但是要求对点云间各点的匹配关系有较好的预估，实现高鲁棒性全局点云配准是icp算法应用的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决当前航天结构板孔位的高精度自动测量过程中icp算法需要高精度初始点云配准关系的问题。提出一种高稳定性、高效率、高精度的结构板孔位测量方法。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种基于l2距离相似度评价配准的结构板孔位测量方法，包括：
4、s1、从结构板的三维模型当中，提取结构孔位的三维坐标，构成一组三维点云作为参考点云；
5、s2、搭建结构板孔位测量环境，通过摄影测量测得结构孔位的三维坐标，作为测量点云；
6、s3、分别对参考点云与测量点云计算l2距离集；
7、s4、根据s3中计算得到的l2距离集，构造基于l2距离的相似度分布图；
8、s5、搜索s4中的相似度分布图，提取最佳匹配点对；
9、s6、通过svd分解计算匹配点对间坐标变换函数，作为icp算法初始值；
10、s7、使用icp算法迭代计算坐标变换关系，实现高精度配准；
11、s8、孔位测量结果计算。
12、本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
13、(1)高稳定性点云全局匹配。本专利技术提出的l2距离相似度评价的点云自动配准方法，综合分析了参考点云与测量点云之间所有配准情况，是一种无需提供初始值的全局配准方法，克服了航天结构板测量中，由于孔位对称性高导致配准容易出现局部错误收敛的问题，可稳定得到满足最小二乘条件的全局最优解。
14、(2)高精度匹配参数计算。本专利技术提出的l2距离相似度评价的点云自动配准方法，针对航天结构板理论与测量孔位之间存在着严格对应关系的特点，通过以高精度icp算法为基础的配准计算，在基于全局稳定配准的情况下，能够计算出高精度坐标变换参数。
15、(3)孔位高效识别提取。本专利技术针对航天结构板平面、多侧边、多孔位的结构特点，通过特征识别算法，可自动识别不同形状、尺寸的结构板正面及侧边，提取特征参数与孔位信息，效率。
16、(4)孔位测量结果自动化高效计算。本专利技术针对航天结构板孔位多参数测量需求，可对点云配准结果进行自动化后处理分析，并直接输出正面板、侧面板的孔位置度、孔距、直线度、平面度等结果参数，提高测量效率。
17、(5)高稳定高效高精度结构板孔位测量。本专利技术通过l2距离相似度评价配准保证结果的稳定和高精度，实现了从输入模型孔位识别提取、点云配准及计算，再到数据后处理输出的全流程自动化，大幅提升计算效率，从而实现高稳定高效高精度的结构板孔位测量。
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1.一种基于L2距离相似度评价配准的结构板孔位测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S2中搭建结构板孔位测量环境包括测量平台、工业相机、平面光源阵列、遮光罩、高精度定位靶标和主机；结构板置于测量平台上，平面光源阵列在测量平台四周布置，提供均匀光照；高精度定位靶标置于结构板上待检测的孔位内，遮光罩包覆上述设施，避免环境光干扰；高精度定位靶标为与结构板孔位的孔径和螺纹匹配的特制靶标，由螺杆、螺帽和摄影测量靶标点组成，摄影测量靶标点平贴在螺帽上，摄影测量靶标点中心与螺帽中心位置偏移小于0.01mm，摄影测量分区域全覆盖结构板上所有高精度定位靶标，从图像中提取出定位靶标上靶标点中心，以这中心点位置作为结构板孔位的位置。
4.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
5.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S5具体包括：将相似度分布图C(u,v)看做一个二维矩阵，遍历
6.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S6具体包括：
7.根据权利要求6所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S7具体包括：
8.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤S8具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于l2距离相似度评价配准的结构板孔位测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的结构板孔位测量方法，其特征在于，步骤s2中搭建结构板孔位测量环境包括测量平台、工业相机、平面光源阵列、遮光罩、高精度定位靶标和主机；结构板置于测量平台上，平面光源阵列在测量平台四周布置，提供均匀光照；高精度定位靶标置于结构板上待检测的孔位内，遮光罩包覆上述设施，避免环境光干扰；高精度定位靶标为与结构板孔位的孔径和螺纹匹配的特制靶标，由螺杆、螺帽和摄影测量靶标点组成，摄影测量靶标点平贴在螺帽上，摄影测量靶标点中心与螺帽中心位置偏移小于0.01mm，摄影测量分区域全覆盖结构板上所有高精度定位靶标，从图像中提取出定位靶标上靶标点中心，以这中心点位置作为结构板孔位的位置。
【专利技术属性】
技术研发人员：钟俊杰，牛海瑞，周勇，薛文娟，唐嘉瑞，李强，程聪，焦蕊，张源超，翟福军，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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