【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维测量，涉及一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法。
技术介绍
1、基于条纹投射的视觉测量系统以其非接触、高效率优势，在工业产品制造和检测中得到广泛应用，但当前商用三维点云测量设备对于复杂结构测量能力不足，在构件表面出现复杂高光时，测量精度严重下降，甚至无法测量；此外当工业构件拥有尺寸大、弱纹理等特点时，无法使用基于特征的点云拼接，而使用传统的基于标志点的点云拼接方法存在较大的传递误差，测量效率低，拼接精度差。
2、为此，亟需一种复杂构件大视场测量方法，完成对高光表面的免喷涂测量，以及大尺寸弱纹理表面的柔性拼接，实现大测量空间下多视场点云数据的高精度融合，提升测量拼接效率和精度。
技术实现思路
1、针对现有配准技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法，由此解决现有的三维测量方法在大型复杂构件测量中存在的高光表面无法测量，大尺寸弱纹理表面点云拼接效率低、精度差的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法，包括：
3、s1.由小视场高空间分辨率的局部测量系统，投射多亮度多频光栅细条纹重建构件的单视场三维点云；继续投射粗条纹图像，由其左右相机和大视场低空间分辨率的全局测量系统相机同步获取图像；
4、s2.通过投射粗条纹获得的条纹投影图像，将局部系统点云统一至全局系统坐标系下，实现基于相位匹配的
5、s3.基于联合激光跟踪仪及视觉系统标定的转台全局标志点，根据全局系统获取当前转台绝对位置的标志点三维坐标，将其配准至转台全局标志点坐标系下；转动转台到不同的绝对位置，实现多个局部区域间点云的拼接；
6、s4.基于trimmed icp算法进行两两点云间的精配准，迭代多轮直到所有视角的刚体变换矩阵接近单位阵结束，实现重叠率自适应的全局优化。
7、优选地，局部系统投射细条纹实现基于外差多频相移原理及高动态测量单视场点云，投射粗条纹触发局部系统和全局系统同步拍图，具体为：
8、s11.小视场高空间分辨率的局部测量系统投射多组不同亮度的多频光栅细条纹图像，仅由局部系统左右相机拍图；
9、s12.保留每一像素多亮度条纹投影图中调制度最大的结果，解算得到重建构件表面单视场三维点云；
10、s13.局部系统继续投射多频光栅粗条纹图像，由局部系统及大视场低空间分辨率全局系统相机同步拍图。
11、优选地，基于相位匹配的跨尺度多系统拼接，获取构件局部区域内拼接点云，具体为：
12、s21.基于投射粗条纹获得的条纹投影图像，解算构件表面点在所有相机下的相位值，搜索局部系统和全局系统相机拍得的同名点，对于有2个相机的全局系统，表示为：||p-pi||φ＜ε，
13、其中，p为被测物上一点的绝对相位，pi为其在4个相机上像点相位值，||·||φ表示绝对相位域下的欧式距离，ε为控制相似度的阈值；
14、s22.根据最大有效相位点数原则和最优双目结构参数原则，选取两个全局系统相机构成最优全局双目系统；
15、s23.利用局部系统和最优全局双目系统分别重建三维点，由同名点在两个系统坐标系下的坐标，优化得两个系统间外参，并结合标定的全局系统各相机间的外参，将局部系统点云统一至全局系统坐标系下，实现构件局部区域内点云的拼接。
16、优选地，基于联合激光跟踪仪及视觉系统标定的转台全局标志点实现多个局部区域间点云的拼接，具体为：
17、s31.将激光跟踪仪靶座均匀固定在转台上不同位置，将靶球放置于靶座上，由激光跟踪仪测量得到靶球中心坐标，获取所有靶座上球心在跟踪仪坐标系下的坐标，构建全局基准点集；
18、s32.替换靶球为跟踪仪-摄影测量转换球，由全局系统同步测量转换球球心坐标及转台表面标志点坐标，将转换球球心坐标配准至s31中所述全局基准点集。转动转台，重复上述步骤，最终实现转台全局标志点的标定；
19、s33.在转台当前绝对位置，由全局系统拍摄转台标志点，得到当前标志点相对于全局系统坐标系的坐标，并将其配准至转台全局标志点，获取当前全局系统到转台全局标志点坐标系的转换矩阵；
20、s34.基于s33中所述转换矩阵，变换构件局部区域内拼接后点云，转动转台并重复s33，将所有局部区域点云统一至转台全局标志点坐标系下，实现构件多个局部区域间点云的拼接。
21、优选地，基于trimmed icp算法的全局优化实现重叠率自适应的多视场点云精配准，具体为：
22、s41.在每一轮迭代中，从第一个视角开始，计算其与其它所有视角整体点云的重叠率，使用trimmed icp算法计算每个视角的点云数据到其它所有视角整体点云数据的刚体变换矩阵；
23、s42.计算完成后将该视角点云数据进行坐标变换，然后计算下一个视角到其他所有视角点云数据的刚体变换矩阵，并进行坐标变换；
24、s43.当所有视角第一轮计算与变换完毕后，继续进行第二、第三轮计算与变换，直至所有视角的刚体变换矩阵接近单位阵时，整体拼接优化完毕。
25、本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：
26、在本专利技术中，提出了一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法。首先，由小视场高空间分辨率的局部系统投射多亮度细条纹，基于外差多频相移原理及高动态测量实现构件表面单视场高精度点云数据获取，并投射粗条纹触发局部系统和全局系统同步拍图。利用粗条纹投影图，实现基于相位匹配的跨尺度多系统拼接，获取构件局部区域内拼接点云。然后基于联合激光跟踪仪及视觉系统标定的转台全局标志点，实现多个局部区域间点云的拼接，并由基于trimmed icp算法的全局优化实现重叠率自适应的多视场点云精配准，获得完整高精度点云。多种实验证明，相对于传统的基于条纹投射的点云测量方法和基于特征点的点云拼接方法，本专利技术算法能够实现对工业构件高光表面的免喷涂测量，以及大尺寸弱纹理表面的柔性拼接，实现大测量空间下多视场点云数据的高精度融合，提升测量拼接效率和精度。
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1.一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中所述由小视场高空间分辨率的局部测量系统投射多亮度细条纹图像获取构件单视场三维点云，并继续投射粗条纹图像触发局部系统与大视场低空间分辨率全局系统相机同步拍图，具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2中所述基于相位匹配实现跨尺度的局部与全局系统点云拼接，获取构件局部区域内拼接点云，具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中所述基于联合激光跟踪仪及视觉系统标定的转台全局标志点实现多个局部区域间点云的拼接，具体包括：
5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，S4中所述基于trimmed ICP算法的全局优化实现重叠率自适应的多视场点云精配准，具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于相位匹配和全局标志点拼接的复杂构件大视场测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中所述由小视场高空间分辨率的局部测量系统投射多亮度细条纹图像获取构件单视场三维点云，并继续投射粗条纹图像触发局部系统与大视场低空间分辨率全局系统相机同步拍图，具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中所述基于相位匹...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧洁，李旭东，金哲慧，姜宏志，
申请(专利权)人：北京航空航天大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：
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