基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法技术

基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法，基于相移条纹投影测量方法，经多亮度条纹投射合成，获取电源机箱结构件一测量视点下的单测量视点点云；据此获取所有测量视点点云，利用测量转台上位置随机的标志点对点云拼接，得到电源机箱结构件的完整点云，并对该完整点云数据进行去噪处理得到电源机箱结构件的测量点云；根据电源机箱结构件的CAD模型得到模型点云，将测量点云与模型点云配准统一坐标系，基于电源机箱结构件模型中提取的形状特征，在测量点云上提取该形状特征对应的局部测量点云，对局部测量点云进行拟合得到几何参数，基于几何参数计算形状特征的实测尺寸信息。本发明专利技术适应性强、精度高、速度快，可实现结构件的自动化检测。结构件的自动化检测。结构件的自动化检测。

【技术实现步骤摘要】
基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法


[0001]本专利技术属于三维测量领域，涉及一种基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法。

技术介绍

[0002]诸如电源机箱等星上设备结构件等作为重要卫星部件，主要用于高度集成化的航天器电子系统，并且相关结构件的检测效率和精度要求均较高。电源机箱结构件通常为高精度机械加工件，单件、件数多。目前主要依靠人工卡尺测量，当待测尺寸较多时人工测量方式耗时长精度低，无法满足检测需求；三坐标机等接触式测量方法精度高，但在使用时需要对测量路径进行编程，有较高的离线编程成本，无法满足实际生产需要。。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法，由此解决现有的人工测量及接触式测量效率和精度低，无法满足电源机箱结构件实际检测需求的技术问题。
[0004]本专利技术提出基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法，包括：
[0005]经过多亮度条纹投射及合成，三维视觉测量系统获取电源机箱结构件一个测量视点下的单测量视点点云；
[0006]根据前一步的方法获取电源机箱结构件所有测量视点点云，利用测量转台上位置随机的标志点对所有测量视点点云进行拼接，得到包含电源机箱结构件的完整点云，并对该包含电源机箱结构件的完整点云数据进行去噪处理得到电源机箱结构件的测量点云；
[0007]根据电源机箱结构件CAD模型得到模型点云，将测量点云与模型点云配准使测量点云与模型点云统一到同一个坐标系下，再基于电源机箱结构件CAD模型中提取的形状特征，在测量点云上提取该形状特征对应的局部测量点云，对局部测量点云进行拟合得到几何参数，基于几何参数计算形状特征的实测尺寸信息。
[0008]进一步的，所述经过多亮度条纹投射及合成，三维视觉测量系统获取电源机箱结构件一个测量视点下的单测量视点点云，具体包括：
[0009]采用不同条纹投射亮度下多幅三频四步相移条纹图构成多组相移条纹图，将多组相移条纹图从暗到亮投射到电源机箱结构件表面，三维视觉测量系统的双相机同步采集到受电源机箱结构件调制的条纹图案，从而生成多组掩膜图像；
[0010]当在每个亮度等级下，统计掩膜图像的同一个像素点在所述多组幅相移条纹图中未饱和的像素个数，当所述个数超过饱和阈值时，则对应的掩膜图像有效，否则无效；
[0011]对于有效掩膜图像的像素点，仅保留调制度最大的亮度等级所对应掩膜图像像素点作为最终掩膜图像，利用最终掩膜图像合成相移条纹图像；
[0012]对所述相移条纹图像进行处理得到单测量视点点云。
[0013]进一步的，所述根据前一步的方法获取电源机箱结构件所有测量视点点云，具体
包括：
[0014]设定三维视觉测量系统的测量视点，使得三维视觉测量系统工作距离在双相机的景深范围内，并保证双相机视场内至少3对标志点被同时拍摄到，且该3对标志点圆心不共线，双相机从电源机箱结构件上方测量电源机箱结构件顶面点云数据，再从前后左右四个方位补充测量电源机箱结构件侧面点云数据。
[0015]进一步的，所述利用测量转台上位置随机的标志点对所有测量视点点云进行拼接，得到包含电源机箱结构件的完整点云，具体包括：
[0016]步骤1、提取采集到的图像中标志点的圆心并进行极线匹配，计算标志点圆心的空间位置，对相邻两个测量视点采集到的两组点云，利用最小二乘法求解两组点云之间的刚性变换矩阵，得到两组相邻点云数据的拼接结果；
[0017]步骤2、根据步骤1的方法连续将相邻两个视点的点云进行基于标志点的拼接，并使用ICP算法进行进一步配准，直至完成所有视点点云的拼接；并对拼接重叠区域点云进行高斯滤波，得到包含电源机箱结构件的完整点云。
[0018]进一步的，所述对拼接重叠区域点云进行高斯滤波，具体包括：
[0019]设置体素栅格边长，对所有单测量视点点云，将点云数据划分为若干个大小相同的体素栅格，计算每个体素栅格中点云的重心，并用重心替代该体素栅格内点；
[0020]遍历所有测量视点点云，计算每个点与该点的k个近邻点的距离d
i
，i＝1,2,
…
,k，脚标i是k近邻点的序号，计算平均距离和d
i
的标准差std，剔除的标准差std，剔除的所有近邻点，t为可调节参数。
[0021]进一步的，所述对该包含电源机箱结构件的完整点云数据进行去噪处理得到电源机箱结构件的测量点云，具体包括：
[0022]利用主成分分析法获得包含电源机箱结构件的完整点云的三个主方向，确定垂直于转台平面的法向量从而确定转台平面；根据电源机箱结构的尺寸去除所述转台平面点云，最终得到电源机箱结构件的测量点云。
[0023]进一步的，所述根据电源机箱结构件CAD模型得到模型点云，具体包括：
[0024]将CAD模型转化为STL格式，获得CAD模型表面三角形面片的信息，对每个三角形面片进行随机上采样以对三角面片填充点云数据，最终将CAD模型离散化为模型点云。
[0025]进一步的，所述将测量点云与模型点云配准使测量点云与模型点云统一到同一个坐标系下，再基于电源机箱结构件CAD模型中提取的形状特征，在测量点云上提取该形状特征对应的局部测量点云，对局部测量点云进行拟合得到几何参数，基于几何参数计算形状特征的实测尺寸信息，具体包括：
[0026]基于FRG算法，将电源机箱结构件的测量点云与模型点云进行第一次配准，使测量点云与模型点云统一到同一个坐标系下；
[0027]基于ICP算法将测量点云与模型点云进行第二次配准；
[0028]根据CAD模型的形状特征类型，对该形状特征的点云进行分割，得到与该形状特征对应的局部点云，并对该局部点云进行拟合，进而得到该形状特征的几何尺寸参数；
[0029]根据从CAD模型提取出的形状特征的空间位置，在测量点云上定位到对应形状特征的位置，再使用直通滤波器，去除形状特征以外的点云以分割出相应形状特征的局部测量点云；
[0030]对形状特征的局部测量点云首先进行去噪，然后采用基于随机采样一致性算法和整体最小二乘算法的拟合得到形状特征几何参数，基于几何参数计算形状特征的实测尺寸信息。
[0031]进一步的，所述方法进一步包括：将形状特征的实测尺寸信息与设计模型中提取的设计尺寸对比，判断加工是否合格并给出报告。
[0032]进一步的，所述电源机箱可被替换为其他星上设备。
[0033]本专利技术基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法，根据输入的电源机箱结构件三维点云模型及标注尺寸，对电源机箱结构件进行三维尺寸检测，并生成检测报告，从而提升检测效率与精度，为航天器电子系统电源机箱结构件的加工质量提供有力的保证，本专利技术的方法还可以应用于测量星上计算机、星上通信设备等星上设备有效载荷的尺寸测量中，具有良好的通用性。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于全场三维视觉的电源机箱结构件尺寸自动测量方法，其特征在于，包括：经过多亮度条纹投射及合成，三维视觉测量系统获取电源机箱结构件一个测量视点下的单测量视点点云；根据前一步的方法获取电源机箱结构件所有测量视点点云，利用测量转台上位置随机的标志点对所有测量视点点云进行拼接，得到包含电源机箱结构件的完整点云，并对该包含电源机箱结构件的完整点云数据进行去噪处理得到电源机箱结构件的测量点云；根据电源机箱结构件CAD模型得到模型点云，将测量点云与模型点云配准使测量点云与模型点云统一到同一个坐标系下，再基于电源机箱结构件CAD模型中提取的形状特征，在测量点云上提取该形状特征对应的局部测量点云，对局部测量点云进行拟合得到几何参数，基于几何参数计算形状特征的实测尺寸信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述经过多亮度条纹投射及合成，三维视觉测量系统获取电源机箱结构件一个测量视点下的单测量视点点云，具体包括：采用不同条纹投射亮度下多幅三频四步相移条纹图构成多组相移条纹图，将多组相移条纹图从暗到亮投射到电源机箱结构件表面，三维视觉测量系统的双相机同步采集到受电源机箱结构件调制的条纹图案，从而生成多组掩膜图像；当在每个亮度等级下，统计掩膜图像的同一个像素点在所述多组幅相移条纹图中未饱和的像素个数，当所述个数超过饱和阈值时，则对应的掩膜图像有效，否则无效；对于有效掩膜图像的像素点，仅保留调制度最大的亮度等级所对应掩膜图像像素点作为最终掩膜图像，利用最终掩膜图像合成相移条纹图像；对所述相移条纹图像进行处理得到单测量视点点云。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据前一步的方法获取电源机箱结构件所有测量视点点云，具体包括：设定三维视觉测量系统的测量视点，使得三维视觉测量系统工作距离在双相机的景深范围内，并保证双相机视场内至少3对标志点被同时拍摄到，且该3对标志点圆心不共线，双相机从电源机箱结构件上方测量电源机箱结构件顶面点云数据，再从前后左右四个方位补充测量电源机箱结构件侧面点云数据。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用测量转台上位置随机的标志点对所有测量视点点云进行拼接，得到包含电源机箱结构件的完整点云，具体包括：步骤1、提取采集到的图像中标志点的圆心并进行极线匹配，计算标志点圆心的空间位置，对相邻两个测量视点采集到的两组点云，利用最小二乘法求解两组点云之间的刚性变换矩阵，得到两组相邻点云数据的拼接结果；步骤2、根据步骤1的方法连续将相邻两个视点的点云进行基于标志点的拼接，并使用ICP算法进行进一步配准，直至完成所有视点点云的拼接；并对拼接重叠区域点云进行高斯滤波，得到包含电源机箱结构件的完整点云。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丽霞，郭庆，赵婕，钟俊杰，吴琼，杨凤龙，
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：