一种用于船体构件的点云配准方法技术

本发明专利技术提供了一种用于船体构件的点云配准方法，包括：一种用于船体构件的点云数据配准方法，包括以下步骤：S1：基于机器视觉的船体构件检测技术，对船体构件的关键型线进行三维重建；S2：将关键线型的测量数据模型和理论数据模型分别化为测量点云和理论点云；S3：将测量点云和理论点云进行自动配准；S4：对测量点云进行配准微调，用于对配准后的结果进行细微的调节并补偿配准偏差。本发明专利技术的一种用于船体构件的点云配准方法，通过测量点云的自动配准和配准微调，完成船体构件的关键型线的快速配准，为偏差船体构件的成型检测提供数据支持，提高船体构件成型检测的效率和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于船体构件的点云配准方法
本专利技术属于检测装置
，具体涉及一种用于船体构件的点云数据配准方法。
技术介绍
在船体的分段制造中，船板、肋骨和管件因其外形复杂，所以这些构件的成型过程检测的难度较大，然而，船体构件的成型检测质量又严重的影响了船舶的建造质量和建造周期。随着机器视觉技术的发展，基于机器视觉的检测技术已经广泛的应用于汽车电子、航空航天、制药工程等领域。随着造船的数字化程度的提高，基于机器视觉的检测技术也在逐渐向船舶制造中应用。基于机器视觉的船体构件检测技术，其原理是通过对成型过程中船体构件的关键型线的三维重建，再将关键型线的测量数据模型和其理论模型进行配准和偏差计算，从而评价船体构件的成型质量。在检测过程中，点云的数据配准方法直接影响了测量结果精度和测量效率。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于船体构件的点云配准方法，包括：一种用于船体构件的点云数据配准方法，包括以下步骤：S1：基于机器视觉的船体构件检测技术，对船体构件的关键型线进行三维重建；S2：将关键型线的测量数据模型和理论数据模型分别化为测量点云和理论点云；S3：将测量点云和理论点云进行自动配准；S4：对测量点云进行配准微调，用于对配准后的结果进行细微的调节并补偿配准偏差。优选地，在步骤S3中，自动配准方法采用矢量约束法。进一步，在步骤S4中，配准微调包括对测量点云的平移微调和旋转微调。更进一步，矢量约束法包括以下步骤：S11：选择点云中的一个端点作为参考点，平移点云使参考点和全局坐标系的原点重合；S12：以全局坐标系原点为旋转中心，全局坐标系的坐标轴+OZ作旋转轴线，旋转点云至其参考向量和全局坐标中坐标轴OX的正方向同向；S13：以全局坐标系的原点为回转中心，选择全局坐标系的坐标轴+OX为回转矢量，对测量点云或理论点云进行回转变换使测量点云或理论点云所在平面的法向量和全局坐标系的坐标轴+OZ的方向相同；S14：回转变换后的点云，即为完成自动配准后的点云。进一步，平移微调需要手动实现测量点云沿全局坐标系的坐标轴X、Y的平移变换，可以自定义平移步长值的大小。更进一步，旋转微调是以全局坐标系的原点为旋转中心、以全局坐标系的坐标轴+OZ为旋转轴，以手动方式实现对测量点云的旋转变换，单次旋转变换的角度值定义为旋转步长值，旋转步长值的大小和方向可以自定义。与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果：本专利技术的一种用于船体构件的点云配准方法，通过测量点云的自动配准和配准微调，完成船体构件的关键型线的快速配准，为偏差船体构件的成型检测提供数据支持，提高船体构件成型检测的效率和准确性。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的一种用于船体构件的点云数据配准方法的流程图；图2(a)为本专利技术中测量曲线或理论曲线的旋转变换定义图；图2(b)为本专利技术中测量曲线或理论曲线的回转变换定义图；图3(a)～(g)为理论点云AB、测量点云CD的自动配准原理图；图4(a)～(g)为理论点云AB、测量点云DC的自动配准原理图；图5(a)～(g)为理论点云BA、测量点云CD的自动配准原理图；图6(a)～(g)为理论点云BA、测量点云DC的自动配准原理图；图7(a)～(d)为自动配准完成后的配准微调的原理图；图8(a)～(h)为理论点云AB、测量点云CD的一个完整的配准示意图；图9(a)、(b)分别为图8(g)、(h)的放大图，为平移微调的示意图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的一个较佳实施例，举例证明本专利技术可以实施，可以向本领域中的技术人员完整介绍本专利技术，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，其保护范围并非仅限于文中提到的实施例，本文的附图和说明本质上是举例说明而不是限制本专利技术。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。如图1所示，本专利技术提供了一种用于船体构件的点云配准方法，包括以下步骤：S1：基于机器视觉的船体构件检测技术，对船体构件的关键型线进行三维重建；S2：将关键型线的测量数据模型和理论数据模型分别化为测量点云和理论点云；S3：将测量点云和理论点云进行自动配准；S4：对测量点云进行配准微调，用于对配准后的结果进行细微的调节并补偿配准偏差。优选的，采用矢量约束法完成测量曲线和理论曲线的自动配准，步骤如下：A、选择点云数据中的一个端点为参考点，平移点云数据使参考点和全局坐标系的原点重合。该平移变换的数学表达如下：用Pi(xi,yi,zi)表示理论点云，Sj(xj,yj,zj)表示测量点云，A、B表示理论点云的两个端点，C、D表示测量点云的两个端点，测量点云中以端点A(B)为参考点，理论点云中以端点C(D)为参考点，则测量点云和理论点云的平移变换共有四种可能的结果,结果如下：或或或其中，Pi′(x′i,y′i,z′j)、Si′(x′i,y′i,z′j)分别表示平移后的理论点云数据和测量点云数据，和表示理论点云和测量点云的平移矢量。B、以全局坐标原点为旋转中心，过点云的两个端点作参考矢量，计算该矢量到坐标轴+OX的变换矩阵，以该矩阵作为变换矩阵，对测量点云和理论点云进行旋转变换。其旋转变换的数学表达如下：理论点云中以向量为参考向量，测量点云中选择为参考向量，以全局坐标系原点为旋转中心，旋转点云至其参考向量分别和全局坐标中坐标轴+OX平行，数学表达式为：其中，Pi″(x″i,y″i,z″i)、Sj″(x″j,y″j,z″j)分别为旋转变换后的理论点云和测量点云；Rp为理论点云的旋转变换矩阵，Rs为测量点云的旋转变换矩阵。C、选择全局坐标系的原点为回转中心、全局坐标系的+X轴为回转中心轴，计算点云所在平面的法向量到全局坐标系的坐标轴+OZ的变换矩阵，以该矩阵为回转变换矩阵，对点云进行回转变换，使点云所在平面的法向量和全局坐标系的+OZ轴平行。其数学表达如下：计算测量点云的平面法向量和理论点云的平面法向量求解法向量和到全局坐标系坐标轴+Z的变换矩阵Ts和Tp，用上述回转变换矩阵对测量点云和理论点云进行回转变换，点云回转变换的数学表达式如下：其中，分别为回转变换后的点云，即为完成自动配准后的点云；Tp为理论点云的回转变换矩阵，Ts为测量点云的回转变换矩阵。优选的，配准微调为包括对测量点云的平移微调和旋转微调，其中，平移微调以手动方式实现测量点云沿全局坐标系的X或Y坐标轴的平移变换，沿X、Y坐标方向的单次平移距离为和，和的值可以自定义。测量点云平移微调的数学表达式如下:其中，为经过平移微调后的测量点云，为测量点云的平移微调矢量。进一步的，旋转微调以手动方式完成测量点云绕全局坐标系原点的旋转变换，旋转微调以测量点云所在平面的法向量为回转轴线，以坐标原点为回转轴起点，单次的旋转微调角度为θ，θ的大小和方向可以自定义。求解微调旋转变换矩阵RO，采用微调旋转矩阵对测量点云进行微调旋转变换，实现测量点云的旋转微调。测量点云旋转微调变换的数学表达式如下：PiR＝ROPi1其中，PiR为最终变换的测量点云。再进一步的，再配准微调过程中，测量点云固定不动，只对测量点云进行平移微调和旋转微调，平移微调和旋转微调之间无先后顺序。配准微调时需要目视测量点云和理论点云的配准效果，调节至作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于船体构件的点云数据配准方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：基于机器视觉的船体构件检测技术，对船体构件的关键型线进行三维重建；S2：将关键型线的测量数据模型和理论数据模型分别化为测量点云和理论点云；S3：将所述测量点云和所述理论点云进行自动配准；S4： 对所述测量点云进行配准微调，用于对配准后的结果进行细微的调节并补偿配准偏差。

【技术特征摘要】
1.一种用于船体构件的点云数据配准方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：基于机器视觉的船体构件检测技术，对船体构件的关键型线进行三维重建；S2：将关键型线的测量数据模型和理论数据模型分别化为测量点云和理论点云；S3：将所述测量点云和所述理论点云进行自动配准；S4：对所述测量点云进行配准微调，用于对配准后的结果进行细微的调节并补偿配准偏差。2.根据权利要求1所述的配准方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述自动配准方法采用矢量约束法。3.根据权利要求1所述的配准方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述配准微调包括对测量点云的平移微调和旋转微调。4.根据权利要求2所述的配准方法，其特征在于，所述矢量约束法包括以下步骤：S11：选择点云中的一个端点作为参考点，平移点云使参考点和全局坐标系的原点重合；S12：以全局坐标系原点...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭志飞，甄希金，杨润党，赵晶，
申请(专利权)人：上海船舶工艺研究所，上海申博信息系统工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31