[发明专利]一种高精度点云数据重构方法

说明书

本发明属于三维测量的技术领域，公开了一种高精度点云数据重构方法，包括检测平台，其上设置有运动机构和支架，支架上设置有用于数据采集的线结构光检测模块，线结构光检测模块发射的激光束垂直射向待检物体，以采样周期为单元，根据相似三角形原理，结合线结构光检测模块在Z轴方向的测量范围获得待测点的Z轴坐标，再结合线结构光检测模块在X轴方向的测量范围，利用等差数列公式获得待测点的X轴坐标，然后，根据线结构光检测模块的物理参数，结合采样周期的次数，配合运动机构的移动，获得待测点的Y轴坐标，重构出三维点云数据，最后，根据线结构光检测模块的相机坐标系和世界坐标系之间的空间夹角对重构的三维点云数据进行补偿调整。

技术领域

本发明涉及三维测量的技术领域，尤其涉及一种高精度点云数据重构方法。

背景技术

近几年来，随着传感器和计算机技术的发展，三维视觉领域的进展推动了工业产品领域的物体质量检测技术进步。物体质量检测是工业生产过程中最重要的一环，决定整体产品的质量好坏，随着物体精密化和加工自动化程度不断提高，对物体检测技术提出更高的要求。

物体表面形状信息数据获取是质量检测的关键。传统的人工检测方法主要采用接触式工程测量方法，包括测针式三坐标测量仪、千分尺、游标卡尺等，适用于尺寸较为规整、特征曲面较少的零件数据信息获取，其特点是测量重复精度准确、可靠性高；但对使用环境及定位定姿要求较高，在测量过程中需要人工操作选取测量点，测量效率较低；且接触式测量需要有一定的接触力，会造成物体表面的变形，影响软性表面精密测量的精度。现代的工业检测方法主要采用非接触式工程测量方法，包括激光扫描技术、影像测量技术、超声波测量技术、立体视觉测量技术、投影光栅测量技术。

非接触式工程测量方法无需接触被测物体表面，避免物体表面的损伤，适用于软性表面及复杂表面物体的检测，且能够快速获取物体表面的三维点云数据信息，应用于工程领域具有较大的灵活性和实用性，其中基于直射式激光三角测距方法由于其结构简单且易于实现常用于非接触式工程测量。

点云数据的获取与融合是非接触式工程测量中的核心。工业产品物体检测系统的检测性能和精度主要影响因素是检测系统的硬件模块和测量原理，点云数据获取的精度和准确度决定检测的精度，关系到物体质量判断的准确性。

现阶段线结构光相机获取与融合存在如下几个方面的问题：

(1)所获取的点云数据为物体的Z轴深度信息，由于电动滑台运动速度与线激光扫描仪采样频率、采样间距存在偏差无法和X轴与Y轴数据有效地对应融合，从而无法实现重构出高精度点云数据。

(2)传统的线阵结构光分为水平和旋转两种方式，都采用物体固定，线阵结构光相机移动的方式。水平扫描是指线激光扫描仪按照固定的X轴或Y轴轨道路线在物体上方运动，获得物体的点云信息；旋转扫描是指线阵结构光相机按照一定的旋转角度获取物体的三维点云信息，由于水平扫描和旋转扫描都需要移动线阵结构光相机，表面信息反馈到传感器的过程中会不可避免地产生测距误差，影响点云数据的精度。

(3)线结构光在获取物体表面信息的过程中，由于成像原理与自身硬件结构所致，不可避免地会存在系统误差，所获取位置信息信息会产生畸变，影响点云数据准确性。

发明内容

本发明提供了一种高精度点云数据重构方法，依据激光三角测量原理，采用线阵结构光检测模块固定，待测物体在运动机构上移动的方式，传感器可以更稳定地接收物体表面信息；建立线结构光相机与运动机构数据融合的数学模型，推导运动机构与线结构光相机的采样频率和采样间距对应关系，将Y轴信息与X轴、Z轴信息对应，完成高精度点云数据重构，消除运动机构与采样频率、采样间距不对应所带来的数据误差；建立线结构光局部坐标系与三维世界坐标系，对数据重构模型中存在的夹角误差进行畸变补偿，提高点云数据获取的鲁棒性,减小扫描角度和扫描距离对点云数据的影响，利于零件点云数据的拓扑关系建立及后续的三维重建，满足三维场景下零件检测应用的需求。

本发明可通过以下技术方案实现：