一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，包括：确定径向扫描线并选取多条基准扫描线；根据多条径向基准扫描线，得到各径向基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有径向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。本发明专利技术有效消除了扫描平台在各扫描线之间的运动误差，通过选取多条基准扫描线能有效提高实际测量时的信噪比，抑制噪声对重构精度的影响，大大提高重构的精度。本发明专利技术可广泛应用于三维重构领域中。

An accurate reconstruction method of 3D surface based on radial scanning

The invention discloses a method for accurate reconstruction, 3D shape measurement based on radial scan includes determining radial scan lines and a plurality of selected reference scan line; according to the radial reference scan line, two-dimensional section outline of the radial reference scan line; determine the radial reference scan line points in 3D shape reconstruction after the height value; determining all the points on the radial scan in the reconstructed 3D shape after the height value, and the reconstruction of 3D surface reconstruction from 3D shape; after the relative tilt and relative displacement in two directions orthogonal to the arbitrary, reconstruct 3D shape of surface to be measured. The invention can effectively eliminate the motion error of scanning platform between each scan line, by selecting multiple reference scan line can effectively improve the measurement of the signal-to-noise ratio, inhibit the effect of noise on the reconstruction accuracy, greatly improve the accuracy of the reconstruction. The invention can be widely applied in the field of three-dimensional reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法
本专利技术涉及三维重构
，尤其涉及一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法。
技术介绍
扫描测量是一种能适合多种超精密面形测量的方法，要完成整个超精密三维面形的扫描测量可以采用多种扫描路径，对于外形为圆形的工件来说，一般可采用径向扫描测量的方法。采用商用超精密轮廓测量仪或者多传感器误差分离方法可以高精度获得各扫描线上的二维截面轮廓，但由于扫描平台在不同扫描线之间存在运动误差，如果直接将二维截面轮廓进行组合就会影响到三维面形的重构精度，因此必须将不同扫描线之间的运动误差进行分离才能更高精度地重构出被测表面的三维面形。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种能够消除各扫描线之间的平台运动误差的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，包括以下步骤：确定径向扫描线并选取多条基准扫描线；对被测表面进行扫描测量，得到各径向扫描线和基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有径向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定径向扫描线并选取多条基准扫描线，这一步骤具体包括：选取两条互相垂直的径向扫描线作为第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y；选取一条与第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y均相交的斜向扫描线作为第三基准扫描线S1。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定径向扫描线并选取多条基准扫描线，这一步骤还包括：选取一条与第三基准扫描线S1相交的扫描线作为第四基准扫描线S2。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值；调整第四基准扫描线S2上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线S2上各点在重构三维面形后的高度值。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第一径向基准扫描线X设为水平扫描线，保持第一径向基准扫描线X的二维截面轮廓上各点高度值在重构三维面形后不变，令该二维截面轮廓的kX＝bX＝0。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第二径向基准扫描线Y上的二维截面轮廓进行平移，调整bY使得在第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y的交点(0,0)处，第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y上重构后的三维面形高度相同，则相对平移量bY为：kY＝0；bY＝PX(0,0)-PY(0,0)；则第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值为：H(0,Yj)＝PY(0,Yj)+bY，j＝0,1,…,n；其中，(0,Yj)表示第二径向基准扫描线Y上各点的坐标，PY(0,Yj)表示第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓在点(0,Yj)上的高度值，H(0,Yj)表示重构后三维面形在点(0,Yj)的高度值。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第三基准扫描线S1上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示基准扫描线X和S1上二维截面轮廓在交点上的高度值，所述为第三基准扫描线S1与第一径向基准扫描线X的交点，所述为第三基准扫描线S1与第二径向基准扫描线Y的交点；将第三基准扫描线S1上的二维截面轮廓的相对倾斜量进行调整，其相对倾斜量为：其中，表示第二径向基准扫描线Y上重构后三维面形在交点的高度，表示第三基准扫描线S1上二维截面轮廓在交点上的高度值；则第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值为：(Xk,Yk)表示第三基准扫描线S1上各点的坐标，表示第三基准扫描线S1上二维截面轮廓在点(Xk,Yk)上的高度值，H(Xk,Yk)表示重构后三维面形在点(Xk,Yk)的高度值。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的调整第四基准扫描线S2上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线S2上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第四基准扫描线S2上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，和分别表示第一径向基准扫描线X和第四基准扫描线S2上二维截面轮廓在交点上的高度值，所述为第四基准扫描线S2与第一径向基准扫描线X的交点，所述为第四基准扫描线S2与第二径向基准扫描线Y的交点；将第四基准扫描线S2上的二维截面轮廓的相对倾斜量进行调整，其相对倾斜量为：其中，表示第二径向基准扫描线Y上重构后三维面形在交点的高度，表示第四基准扫描线S2上二维截面轮廓在交点上的高度值；则第四基准扫描线S2上各点在重构三维面形后的高度值为：其中，(Xl,Yl)表示第四基准扫描线S2上各点的坐标，表示第四基准扫描线S2上二维截面轮廓在点(Xl,Yl)上的高度值，H(Xl,Yl)表示重构后三维面形在点(Xl,Yl)的高度值。作为所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法的进一步改进，所述的确定所有径向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：所述di表示所有径向扫描线中的任意径向扫描线，将径向扫描线di上的二维截面轮廓进行平移，其相对平移量为：其中，PX(0,0)和分别表示第一径向基准扫描线X和径向扫描线di上二维截面轮廓在点(0,0)上的高度值；将径向扫描线di上的二维截面轮廓的相对倾斜量进行调整，其相对倾斜量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于，包括以下步骤：确定径向扫描线并选取多条基准扫描线；对被测表面进行扫描测量，得到各径向扫描线和基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有径向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。

【技术特征摘要】
1.一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于，包括以下步骤：确定径向扫描线并选取多条基准扫描线；对被测表面进行扫描测量，得到各径向扫描线和基准扫描线上的二维截面轮廓；确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值；确定所有径向扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，并重构整个三维面形；去掉重构后三维面形在任意正交的两个方向上的相对倾斜量和相对平移量，完成被测表面的三维面形的重构。2.根据权利要求1所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定径向扫描线并选取多条基准扫描线，这一步骤具体包括：选取两条互相垂直的径向扫描线作为第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y；选取一条与第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y均相交的斜向扫描线作为第三基准扫描线S1。3.根据权利要求2所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定径向扫描线并选取多条基准扫描线，这一步骤还包括：选取一条与第三基准扫描线S1相交的扫描线作为第四基准扫描线S2。4.根据权利要求2所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值。5.根据权利要求3所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的确定各径向基准扫描线上各点在重构三维面形后的高度值，其具体包括：调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值；调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值；调整第三基准扫描线S1上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第三基准扫描线S1上各点在重构三维面形后的高度值；调整第四基准扫描线S2上二维截面轮廓的相对倾斜量和相对平移量确定第四基准扫描线S2上各点在重构三维面形后的高度值。6.根据权利要求4或5所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调整第一径向基准扫描线X上二维截面轮廓的相对倾斜量kX和相对平移量bX，确定第一径向基准扫描线X上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第一径向基准扫描线X设为水平扫描线，保持第一径向基准扫描线X的二维截面轮廓上各点高度值在重构三维面形后不变，令该二维截面轮廓的kX＝bX＝0。7.根据权利要求4或5所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调整第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓的相对倾斜量kY和相对平移量bY，确定第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值，其具体为：将第二径向基准扫描线Y上的二维截面轮廓进行平移，调整bY使得在第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y的交点(0,0)处，第一径向基准扫描线X和第二径向基准扫描线Y上重构后的三维面形高度相同，则相对平移量bY为：kY＝0；bY＝PX(0,0)-PY(0,0)；则第二径向基准扫描线Y上各点在重构三维面形后的高度值为：H(0,Yj)＝PY(0,Yj)+bY，j＝0,1,…,n；其中，(0,Yj)表示第二径向基准扫描线Y上各点的坐标，PY(0,Yj)表示第二径向基准扫描线Y上二维截面轮廓在点(0,Yj)上的高度值，H(0,Yj)表示重构后三维面形在点(0,Yj)的高度值。8.根据权利要求4或5所述的一种基于径向扫描测量的三维面形精确重构方法，其特征在于：所述的调整第三基准扫描线S1上二维截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹自强，陈新，刘强，王素娟，周春强，李克天，汤晖，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44