一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法技术

本发明专利技术涉及工业机器视觉技术领域，具体是一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，首先借助标定板对转轴直线位置进行标定，然后由标定参数和转台旋转角度通过位姿变换对所有视角点云进行拼接，最后由拼接后点云和每一点的朝向目标外侧的法线构建目标表面函数，通过移动立方体算法提取等值面并实现表面重建功能。本发明专利技术可实现高分辨率测量物体表面轮廓特征的功能，能对物体进行自动化全视角的三维轮廓测量，拼接重建方法简单、维护方便，不仅适用于一般工作场景需求，而且还适用于快速高精度的应用场合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法
本专利技术涉及工业机器视觉
，尤其涉及一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法。
技术介绍
随着近年来智能制造技术的发展，汽车和3C制造行业、逆向工程、文物保护、质量检测等多个领域对三维测量和识别的需求逐渐增加，传统的二维视觉技术由于缺少一个维度而无法满足该类工序的需求，以结构光投影技术为代表的三维视觉技术应运而生，由该技术制造的设备扫描待测目标后可生成目标的三维点云数据，利用视觉算法处理点云数据可以实现对目标的尺寸测量、识别定位等功能。三维拼接技术是三维视觉技术的重要组成部分，该技术将目标的多视角点云以某种方式拼接在一起，从而获取完整的目标模型，而三维拼接的速度和精度将直接影响后续点云处理的精度和稳定性。目前常见的拼接方法是对目标的多视角点云计算特征点，由这些特征点信息利用Ransac方法实现点云的粗配准，然后再由ICP算法实现点云的精配准，该方法在精度和效率上普遍较低，且对特征较少的目标会产生错误的拼接结果。而一些基于转台的三维拼接方法中对转台位置的标定仍存在一些问题，如标定原理较为理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，包括：/n(1)搭建三维拼接重建系统：所述三维拼接重建系统包括3D相机、PC机、驱动器、伺服电机和旋转台，所述3D相机和所述驱动器分别与所述PC机连接，所述伺服电机与所述驱动器连接，所述伺服电机与所述旋转台连接，所述旋转台上用于放置待测物体，所述3D相机用于对所述待测物体进行拍照并传输至所述PC机获取图像和点云数据；/n(2)旋转台标定：在所述旋转台表面竖直放置有带有至少一个圆形标志点的标定板，所述标定板可在所述旋转台的驱动下进行同步旋转运动；通过3D相机拍摄所述标定板获取图像数据和对应的点云数据；通过圆识别算法提取所述标定板上圆形标志点的...

【技术特征摘要】
1.一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，包括：
(1)搭建三维拼接重建系统：所述三维拼接重建系统包括3D相机、PC机、驱动器、伺服电机和旋转台，所述3D相机和所述驱动器分别与所述PC机连接，所述伺服电机与所述驱动器连接，所述伺服电机与所述旋转台连接，所述旋转台上用于放置待测物体，所述3D相机用于对所述待测物体进行拍照并传输至所述PC机获取图像和点云数据；
(2)旋转台标定：在所述旋转台表面竖直放置有带有至少一个圆形标志点的标定板，所述标定板可在所述旋转台的驱动下进行同步旋转运动；通过3D相机拍摄所述标定板获取图像数据和对应的点云数据；通过圆识别算法提取所述标定板上圆形标志点的旋转圆心亚像素坐标，并利用插值方法获取对应的圆心三维坐标；对同一圆形标志点的运动轨迹拟合平面和球面方程，联立可求解每个所述圆形标志点旋转中心的三维坐标，对多个旋转中心利用最小二乘法拟合直线参数，则该直线参数即为旋转台标定参数；
(3)点云拼接：通过所述旋转台标定参数和对应的所述旋转台的旋转间隔计算各视角点云间位姿转换关系，实现点云拼接，并完成点云融合；
(4)点云表面重建：对融合后的点云计算法线，构建表面隐式函数，利用最小二乘法求解该函数系数，再由移动立方体算法提取等值面，即实现表面重建功能。


2.根据权利要求1所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，所述旋转台呈圆形，且圆心处与所述伺服电机的转轴垂直连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，所述标定板为正方形或长方形，表面设置有至少一个所述圆形标志点。


4.根据权利要求1所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述通过3D相机拍摄所述标定板获取图像数据和对应的点云数据，具体为：在相机的视野范围内多次旋转所述旋转台，旋转间隔保持一致，所述旋转每旋转一次，所述3D相机即对所述标定板拍照一次，并获取相应的标定板灰度图像和有向点云数据。


5.根据权利要求1所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述通过圆识别算法提取所述标定板上圆形标志点的旋转圆心亚像素坐标，并利用插值方法获取对应的圆心三维坐标，具体为：由所述圆识别算法提取每张标定板图像上圆形标志点圆心的亚像素坐标，由该亚像素坐标得到相邻4个点的整数像素坐标，同时由这4个像素索引获取有向点云数据中对应点的三维坐标，可利用这4个三维点进行插值以获取高精度的圆心三维坐标。


6.根据权利要求5所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，设圆形标志点圆心的亚像素坐标为Pc＝(uc，vc)，该坐标周围相邻的4个整数像素坐标为Pc0＝(u0，v0)、Pc1＝(u0+1，v0)、Pc2＝(u0，v0+1)、Pc3＝(u0+1，v0+1)，其中(u0，v0)为Pc向下取整坐标。
计算4个整数像素坐标分别与围成的4个矩形区域的面积S0、S1、S2、S3，对应的倒数为W0、W1、W2、W3，由4个整数像素坐标索引在有向点云中找到对应的三维坐标P0、P1、P2、P3，则利用插值方法求得Pc坐标为∑WiPi/∑wi。


7.根据权利要求1所述的一种基于旋转台的三维点云拼接重建方法，其特征在于，在步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘幸，蒯能巧，过志强，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32