[发明专利]一种基于三维点云的空间孔位对接方法

权利要求书

1.一种基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)利用3D扫描仪获取待测部件的初始点云信息；

(2)采用点云导向滤波器对获取的点云进行滤波降噪处理；

(3)将三维点云转化为网格二值图像，经过形态学闭运算和边缘检测提取圆孔轮廓，并对边缘轮廓进行拟合得到二维圆孔数据，最后将二维数据映射回三维坐标系中，得到三维点云圆孔数据；

(4)根据得到的三维点云圆孔数据，利用空间几何关系，求得对接端相对于被对接端的偏转角度，从而调整对接角度，实现空间孔位的自动化对接；

其中步骤(2)包括以下分步骤：

(2.1)在三维点周围，假设一个局部线性模型:

q_i＝A_kp_i+b_k

其中，q_i是滤波后输出的三维点，p_i是当前需要滤波的点，A_k是一个3*3矩阵，b_k是一个3*1向量；

(2.2)在保持线性模型的同时使q和p之间的差异最小化，使线性模型拥有最小重构残差：

(2.3)解决上述优化问题后，得到:

A_k＝∑_i(∑_i+∈I)^-1

b_k＝μ_i-A_kμ_i

其中，∑_i是p_i及其邻域内所有点组成的3*3协方差矩阵，I是单位矩阵,μ_i是p_i及其邻域内所有点的均值。

2.根据权利要求1所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(1)中，3D扫描仪一共有3个摄像头，中间是一个RGB摄像头，用来获取800*600的彩色图像，以秒为单位获取帧图像，两边的是两个深度传感器，左侧的是红外线发射器，右侧的是红外线接收器，用来检测对象的相对位置。

3.根据权利要求2所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(2)中，平滑作用的强弱通过调节邻域搜索时的半径r和∈来改变。

4.根据权利要求3所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(2)中，根据获取的点云模型对其进行1-3次的导向滤波。

5.根据权利要求4所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(3)的将三维点云转化为网格二值图像包括以下分步骤：

(a.1)获取点云数据边界，点云数据边界是x y z的最大和最小值；

(a.2)根据点云数据边界建立水平格网，将每个格网单元编号；

(a.3)根据格网大小创建一个相同大小的空白图像，计算每个点在x z上的像素格网索引，并将有点的像素格网赋值为白色。

6.根据权利要求5所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(a.2)中，根据实际测量的点云模型选定x z平面来建立水平格网，根据x z的最大最小值和单个网格像素，确定格网的行列数，设置单个网格像素大小为0.0004。

7.根据权利要求6所述的基于三维点云的空间孔位对接方法，其特征在于：所述步骤(a.3)之后，采用数学形态学中的开运算对二值图像进行缺陷修补。