[发明专利]一种基于双面点云信息的快速测距方法及其系统

说明书

本发明属于三维测量领域，并具体公开了一种基于双面点云信息的快速测距方法及其系统。该方法包括如下步骤：1)获取待测物体的双面点云信息，并分别计算两片点云的点云端点；2)通过点云端点匹配将两片点云进行粗配准；3)对两片点云数据进行坐标变换，并剔除影响后续计算的无效点；4)最小化两片点云的形状差以进行精配准；5)结合采样点的距离信息计算两片点云的真实距离分布。该方法适用于距离极近的两表面测距，可以在仅依赖三维点云信息的条件下，实现对间距的快速测量，如测量薄壁物体的厚度分布或狭窄间隙的距离分布，相比现有的测量方法具有快速、简便、高精度的特点。

技术领域

本发明属于三维测量领域，更具体地，涉及一种基于双面点云信息的快速测距方法及其系统。

背景技术

当今社会对机械加工和测量自动化的要求日益提高，各种高精度测量设备如激光跟踪仪、激光扫描仪、单/双目相机等被广泛应用到工业加工和医疗系统中。在这些应用中，真实物体的动态定位追踪及三维重构是两大热点，前者往往借助靶球等装置辅助标记与识别运动个体，而后者亦往往需要大量标记点或特殊工具以辅助实现三维物体的完整拼接。但是上述方法均具有操作繁琐、计算量巨大、耗时长等缺点。

CN109360267A公开了一种薄物体快速三维重建方法，该方法通过深度相机采集深度图像和彩色图像，并识别标记点以得到变换矩阵。该发明具有操作简便、重建速度快的优点，但是需要带标记点的转台作为辅助测量设备，且转台运动精度极大地影响测量精度。CN102679891A公开了薄壁冲压件厚度变化激光检测方法，该方法在薄壁冲压件的内、外两侧分设三个球心不共线的基准球以作为定位基准，并通过激光测量系统得到其内、外表面对应的点云数据，以此检测薄壁冲压件的厚度。该发明具有测量精度高的优点，但是需要借助多个预先安装的基准球等辅助装置，且操作过程繁琐，测量效率较低。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种基于双面点云信息的快速测距方法及其系统，本发明不需要借助转台、基准靶标等辅助设备和装置，而是通过算法自动提取点云端点作为拼接匹配点以完成点云粗拼，通过消除形状差调整点云位姿以完成点云精拼，并通过采样测量修正拼接残余误差，即可计算得到待测两表面的精确距离分布情况，相比现有的测量方法具有快速、简便、高精度的特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于双面点云信息的快速测距方法，该方法包括如下步骤：

S1获取待测物体的双面点云信息，将其记为点云A和点云B，分别计算所述点云A和点云B的点云端点；

S2将所述点云A和点云B的点云端点依次进行匹配，以此完成两片点云的粗配准；

S3将所述点云A和点云B的点云数据进行坐标变换，并剔除所述点云A和点云B中的无效点，获得重整后的点云A和点云B；

S4计算所述重整后的点云A和点云B的形状差，通过调整所述重整后的点云B的姿态和位置使两片点云的形状差最小，以获得修正后的点云B；

S5在所述待测物体的两表面上选取预设数量的测量点，获得该测量点的真实间距，并计算该测量点在重整后的点云A和修正后的点云B上的计算间距，根据所述计算间距与真实间距的差值对所述修正后的点云B进行更新获得最终的点云B，利用所述重整后的点云A和最终的点云B计算所述待测物体的真实距离分布。

作为进一步优选地，步骤S1包括如下子步骤：

S11获取待测物体的双面点云信息；

S12对所述点云A和点云B进行坐标变换，使其平行于X-Y坐标平面；

S13计算调整后的点云A与点云B的几何中心Ce_A与Ce_B；