[发明专利]针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法

权利要求书

1.针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S01：提供激光扫描仪及三坐标测量臂，在重建模型周围布置N个大小不一的标准球，其中N为大于3的自然数，利用所述激光扫描仪对重建模型及N个标准球进行表面数字化得到点云数据，对获取的点云数据进行处理从而获得三维模型；

步骤S02：通过所述三坐标测量臂对重建模型及标准球进行数据补测，首先测量拟合出标准球球面，再测量重建模型激光扫描仪无法扫到或者精度要求超出激光扫描仪所能达到的特征，从而提高在后期对模型重建的精度；

步骤S03：通过算法将三坐标测量臂测量拟合的标准球球面反向求出点云，并且密化由曲面反向得到的点云数量，再采用改进的ICP算法实现点云数据精配准。

2.根据权利要求1所述的针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法，其特征在于：所述步骤S01中对激光扫描仪获取的点云处理包括以下步骤：

步骤S011：通过平滑算法优化激光扫描仪测量的点云数据，再将其可视化；

步骤S012：对所述的点云数据进行去噪声处理。

3.根据权利要求1所述的针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法，其特征在于：步骤S02由曲面反求点云包括以下步骤：

步骤S021：按照“曲面-曲线”的分解次序，将复杂曲面离散为多组相互平行的截交线；

步骤S022：根据步骤S021提取的截交线离散得到数据点，应用三次均匀B样条插值算法，确定各截交线的数学表达式；三次B样条曲线的矩阵表示：

式中，（j=0,1,2,3）为特征多边形顶点；（j=0,1,2,3）为三次样条基函数；为基函数系数矩阵；

步骤S023：给定的点列（j=1,2,....,n）；

步骤S024： B样条首尾两端点应用四重节点，基函数系数矩阵根据B样条曲线的段数和曲线序号来选取；

步骤S025： B样条首尾两端点选用自由端条件，添加方程组：

；

步骤S026：构造三次B样条插值曲线方程组：

；

步骤S027：求解三次B样条插值曲线方程组，确定特征多边形控制顶点（j=1,2，...，n+1，n+2）；

步骤S028：由控制顶点（j=0,1,2,3）计算截交线B样条的参数表达，i=1,2，...，n。

4.根据权利要求1所述的针对激光扫描仪与三坐标测量臂的点云数据自动配准方法，其特征在于：步骤S03还包括以下步骤：

步骤S031：对于点云中的一个点p其方向矢量等价于该点与其领域Nbhd（）的最小二乘拟合平面的法向量n（），则该点与拟合平面的误差由点和平面内点的连线与点的点积求得；

步骤S032：采用基于MLS面的曲率算法来计算曲率，在相当噪声水平下快速有效的计算出散乱点云每一点的高斯曲率和平均曲率值；

步骤S033：由步骤S031、S032计算点云中的每一个点的方向矢量和曲率，设置误差阈值，在模型点云中寻找一对方向矢量和曲率误差在阈值之内的点，通过这组对应点使目标函数：最小化，得到最优的平移向量t和旋转矩阵R,将平移向量t和旋转矩阵R作用到数据点云上，得到新的数据点云带入下一次迭代过程，直至迭代收敛。