[发明专利]一种基于几何特征的云拼合方法

说明书

本发明公开了一种基于几何特征的点云拼合方法。对零件在两次测量下得到的点云数据和几何特征数据进行处理，得到集合A与集合B；建立粗拼合目标函数f₁，通过粒子群算法计算旋转矩阵R和平移矩阵T；建立精拼合目标函数f₂，在粗拼合计算结果的基础上进一步计算旋转矩阵R和平移矩阵T；最后根据精拼合计算结果完成两次测量点云数据的拼合。优点在于：将粒子群算法融入几何特征的拼合过程中，并设计了计算速度快，收敛性好但拼合精度差的粗拼合方法作为第一步，设计了收敛性差、但拼合精度高的精拼合方法作为第二步，从而实现了拼合过程时间短、拼合结果精度高，能够很好用于点云数据处理，为后期三维模型重建奠定良好基础。

技术领域

本发明涉及点云的拼合方法，具体涉及一种通过建立几何特征变换目标函数来求解坐标系转换矩阵，进而完成飞机曲面零件点云拼合的基于几何特征的点云拼合方法。

背景技术

在逆向工程中，点云数据采集和处理是实现三维模型重建的第一步工作，点云数据的处理好坏程度直接影响整个逆向设计过程的精度；点云数据常用采集方法有CMM坐标测量、激光扫描等，受测量技术、周围环境、物体几何形状、定位以及夹具等因素的影响，通常需要对物体进行多方位测量，然后将不同方位下测的点云拼合成一个表达完整实物的点云，最后通过模型重建方法生成零件的三维模型。点云拼合主要分为两种方式，一是基于点云的直接拼合，优点是拼合精度高，缺点是计算难度大、成功率低；基于参考点的间接拼合，优点是拼合简单、成功率高，缺点是新增物在一定程度上覆盖了原有零件的部分表面，为后期逆向设计造成难度。

发明内容

本发明的目的是建立两块点云分别附带的共有几何特征之间的变换函数，并引入粒子群算法来高效率的计算转换矩阵，实现点云的高精度拼合的基于几何特征的点云拼合方法。

为了解决上述技术问题，本发明的基于几何特征的点云拼合方法，对零件在两次测量下得到的点云数据和几何特征数据进行处理，得到集合A与集合B；建立粗拼合目标函数f₁，通过粒子群算法计算旋转矩阵R和平移矩阵T；建立精拼合目标函数f₂，在粗拼合计算结果的基础上进一步计算旋转矩阵R和平移矩阵T；最后根据精拼合计算结果完成两次测量点云数据的拼合。

所述几何特征包括特征平面、特征直线、特征点三种，其中一个特征平面或一个特征直线均由一个方向向量和一个坐标向量表示；一个特征点用一个坐标向量表示。