[发明专利]一种基于单目视觉定位的扫描拼接方法

说明书

本发明公开了一种基于单目视觉定位的扫描拼接方法，其特征在于，包括相对固定的激光扫描部分与单目相机，先由单目相机采集图像并计算出相机位姿，所述相机位姿计算包括标志点识别和RANSANC采样计算，首先进行标志点识别，识别标志点编号及其空间坐标，完成图像点与实际点的匹配；然后进行RANSANC采样计算，用于筛选内点并完成相机位姿计算；完成相机位姿计算后，在对待测表面进行扫描，并将扫描点云数据拼接到世界坐标系下。本发明通过使用随机采样一致性方法剔除相机定位时的粗大噪声点，进一步提高相机定位精度，进而确保扫描所得的点云拼接精度。

技术领域

本发明属于数字化测量的技术领域，具体涉及一种基于单目视觉定位的扫描拼接方法。

背景技术

随着激光跟踪仪、IGPS、摄影测量系统等数字化测量设备在航空制造环节中的应用，大型飞机零部件产品生产精度和质量得到了有效的提升，且具有更高的测量效率与良好的测量数据可追溯性，对缩短航空产品研制周期，提高航空产业软实力具有重要作用。

目前，在大尺寸范围下对飞机整体或局部外形的测量方面，已有成功应用激光雷达等数字化测量设备的案例。激光雷达可以通过扫描模式对飞机表面进行较高密度的点云扫描，但其扫描时间较长，且成本高昂，在注重生产效率的生产现场应用还具有一定的困难。

激光扫描技术是另一种行之有效的物体外形测量方法，扫描时，激光扫描仪通过其相机对粘贴在物体表面的靶标点进行测量以完成自身定位，再通过激光扫描出物体表面。在此过程中，需要扫描仪在不同位置下扫描到的数据进行拼接，也因此容易引入拼接误差，而扫描仪自身的定位准确度对拼接误差具有较大影响。因此，为保证扫描仪的测量精度，提高扫描结果的置信度，需要采用一种策略方法来提高扫描仪自身定位精度，最终达到对物体表面进行高质量扫描的目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单目视觉定位的扫描拼接方法，通过使用随机采样一致性方法，剔除相机定位时的粗大噪声点，进一步提高相机定位精度，进而确保扫描所得的点云拼接精度。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种基于单目视觉定位的扫描拼接方法，采用扫描设备进行扫描，所述扫描设备包括相对固定的激光扫描部分与单目相机，在待测表面粘贴标志点，所述标志点包括靶标点和编码点，所述编码点包括可直接识别的编码信息；包括以下步骤：

步骤S100：先由单目相机采集图像并计算出相机位姿，所述相机位姿的计算包括标志点识别和RANSANC采样计算，首先进行标志点识别，识别标志点编号及其空间坐标，完成图像点与实际点的匹配；然后进行RANSANC采样计算，用于筛选内点并完成相机位姿计算；

步骤S200：完成相机位姿计算后，再对待测表面进行扫描，并将扫描点云数据拼接到世界坐标系下。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S100中的标志点识别：根据编码点的编码信息读取出三个编码点以及三个编码点在世界坐标系下的坐标值，并根据此计算出相机位姿，根据单目相机到世界坐标系的旋转矩阵R和平移向量T计算出所拍摄的图像中其他靶标点在世界坐标系下的投影点，并与控制场记录的点坐标进行比较，完成图像点与实际点的匹配。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S100中标志点识别的旋转矩阵为R、平移向量为T的具体计算如下：设三个编码点分别为P₁，P₂，P₃，列出空间点和像点的共线方程如下：