[发明专利]一种基于三维点云曲面圆孔检测方法

摘要

本发明提供了一种基于三维点云曲面圆孔检测方法：首先准确提取点云上待测圆孔边缘的三维点；然后对圆孔边缘点进行最小二乘平面拟合以获取投影的初始平面，将边缘点投影到该平面上，并进行坐标系转换获得投影二维点；求取投影点的最小二乘圆半径，以及两个正交固定旋转轴；当圆半径不满足圆的判定准则时，对最小二乘平面分别绕两个旋转轴进行空间旋转，重新投影迭代计算直到满足判定圆的准则为止，此时最小二乘平面的法向即为圆孔轴向，投影二维点的最小二乘圆半径即为圆孔半径。本发明能够从三维点云中快速检测到圆孔轴线方向、半径。

主权项

一种基于三维点云曲面圆孔检测方法，其特征在于包含以下几个步骤： （1）基于交互式提取曲面圆孔边缘三维点： ①拾取待测圆孔特征区域三维点云； ②采用kd树建立所述三维点云内的三维点之间的拓扑关系； ③利用所述三维点及其k邻域的分布是否均匀来判断边界特征点：若均匀，则判断所述三维点为内部点；若不均匀，则判断所述三维点位为边界特征点；所述边界特征点分为内边界点和外边界点； ④内边界点的提取； （2）对所述曲面圆孔边缘三维点进行最小二乘平面拟合得到第一最小二乘平面，并求得所述第一最小二乘平面的法向n₁；将所述曲面圆孔边缘三维点垂直投影到所述第一最小二乘平面上，通过坐标系转换将所述第一最小二乘平面上的曲面圆孔边缘三维投影点转换成z坐标值为零的xoy二维平面上的曲面圆孔边缘二维投影点； （3）将所述xoy二维平面上的所有曲面圆孔边缘二维投影点通过最小二乘椭圆法拟合为椭圆，并求出所述椭圆的长短轴、中心点、长轴与x轴的夹角；求取所述椭圆的长轴与所述二维投影点的2个交点，将所述2个交点逆变换到所述第一最小二乘平面上求出与之对应的2个所述曲面圆孔边缘三维投影点，并求得这2个所述曲面圆孔边缘三维投影点的矢量n_a；将所述第一最小二乘平面的法向n₁与所述曲面圆孔边缘三维投影点的矢量n_a叉积得到短轴三维矢量n_b； （4）将所述第一最小二乘平面分别以所述曲面圆孔边缘三维投影点的矢量n_a、所述短轴三维矢量n_b为旋转轴，旋转步长0.5°，沿着空间 旋转，得到第二最小二乘平面；每旋转一次，将所述曲面圆孔边缘三维点重新投影至所述第二最小二乘平面；通过坐标系转换将所述第二最小二乘平面上的新的曲面圆孔边缘三维投影点转换成z坐标值为零的xoy二维平面上的新的曲面圆孔边缘二维投影点；将所述xoy二维平面上的所有新的曲面圆孔边缘二维投影点通过最小二乘圆法拟合为圆，并求取所述圆的圆心及半径； （5）计算所述xoy二维平面上的所有新的曲面圆孔边缘二维投影点到所述圆的圆心的欧式距离，并加入圆的判定准则；满足所述圆的判定准则时，可判定所述圆的半径为所述曲面圆孔的半径，同时可求出此时所述第二最小二乘平面的法向n₂即为所述曲面圆孔的轴线方向；如不满足所述圆的判定准则，则重复执行步骤（4）； 所述圆的判定准则为： ①圆半径逼近准则：所述xoy二维平面上的所有新的曲面圆孔边缘二维投影点到所述圆的圆心的欧氏距离d都必须在所述圆的半径R的一定范围内，即d=(0.95‑1.05)×R； ②最小包围盒准则：所有边缘点的横坐标最大值与最小值的差值X、纵坐标最大值与最小值的差值Y；X、Y必须同时满足X=(0.95‑1.05)×2R，Y=(0.95‑1.05)×2R。