本發(fā)明涉及工業(yè)測量，尤其涉及一種基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、在工業(yè)測量領域，尤其是組件裝配質量控制中，對組件間縫隙進行測量是確保產品質量的關鍵步驟。目前，對于組件間縫隙的測量常常采用獲取組件點云數(shù)據(jù)的方法進行測量，而大多數(shù)基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量方法依賴于較高質量的數(shù)據(jù)，獲取到的點云數(shù)據(jù)質量越高，測量方法得到的數(shù)據(jù)越準確，但是在實際的圖像采集過程中，不可避免的會造成點云數(shù)據(jù)不完整，縫隙的邊界點缺失的情況。雖然可以通過特征提取的方式對缺失的數(shù)據(jù)進行提取，以提高數(shù)據(jù)的質量，但在處理邊界殘缺的縫隙數(shù)據(jù)時往往存在局限性，算法的魯棒性較差，特征不明顯甚至特性失效等情況。因此，現(xiàn)有的縫隙測量方法存在特征不明顯、魯棒性較差的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的縫隙測量方法存在特征不明顯、魯棒性較差的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下的技術方案來實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量方法，包括：

4、獲取目標縫隙兩側組件的原始點云數(shù)據(jù)，并對目標縫隙兩側組件的原始點云數(shù)據(jù)進行預處理得到目標縫隙兩側組件的預處理點云數(shù)據(jù)；

5、對預處理點云數(shù)據(jù)進行局部曲率突變估計得到曲率點云特征集，對預處理點云數(shù)據(jù)進行邊界特征估計得到邊界點云特征集；

6、將曲率點云特征集與邊界點云特征集進行融合得到對縫特征點云數(shù)據(jù)；

7、對對縫特征點云數(shù)據(jù)進行近鄰點搜索得到近鄰點距離和近鄰點方向向量，并利用ransac算法擬合對縫特征點云數(shù)據(jù)所在平面得到平面法向量；

8、根據(jù)近鄰點方向向量和平面法向量構建投影坐標系，并將對縫特征點云數(shù)據(jù)投影在投影坐標系上；

9、對投影在投影坐標系上的對縫特征點云數(shù)據(jù)進行直線擬合得到擬合直線，并計算對縫特征點云數(shù)據(jù)到擬合直線的距離得到階差數(shù)據(jù)；

10、利用近鄰點距離和階差數(shù)據(jù)計算間隙數(shù)據(jù)，并將階差數(shù)據(jù)和間隙數(shù)據(jù)作為目標縫隙的測量數(shù)據(jù)。

11、可選的，預處理包括：

12、點云數(shù)據(jù)降噪處理和點云數(shù)據(jù)降采樣處理。

13、可選的，對預處理點云數(shù)據(jù)進行局部曲率突變估計得到曲率點云特征集，包括：

14、在預處理點云數(shù)據(jù)中確定兩個近鄰點，并確定兩個近鄰點中第一個點的第一法向量和兩個近鄰點中第二個點的第二法向量；

15、基于第一法向量和第二法向量構建關于兩個近鄰點的密切圓，并在密切圓中確定兩個近鄰點的圓心角以及連接兩個近鄰點所得線段與密切圓半徑之間的夾角；

16、基于密切圓中兩個近鄰點的圓心角與連接兩個近鄰點所得線段與密切圓半徑之間的夾角計算兩個近鄰點的曲率，其中，曲率的計算滿足如下關系式；

17、

18、式中，k表示曲率，β表示密切圓中兩個近鄰點的圓心角，α表示連接兩個近鄰點所得線段與密切圓半徑之間的夾角，|pqi|表示近鄰點的向量。

19、確定局部曲率閾值，并在曲率大于局部曲率閾值時，將兩個近鄰點作為曲率點云特征，在曲率小于等于局部曲率閾值時，將兩個近鄰點舍去；

20、在預處理點云數(shù)據(jù)中的點的曲率全部計算完成后，將所有曲率點云特征作為曲率點云特征集。

21、可選的，對預處理點云數(shù)據(jù)進行邊界特征估計得到邊界點云特征集，包括：

22、確定預處理點云數(shù)據(jù)中點的鄰域，并將預處理點云數(shù)據(jù)中的點向其領域的切面進行投影得到投影點；

23、在投影點中確定預處理點云數(shù)據(jù)中點的投影近鄰點，并以預處理點云數(shù)據(jù)中的點為角點按順時針方向或逆時針方向計算兩個連續(xù)投影近鄰點與預處理點云數(shù)據(jù)中點的連線的夾角；

24、確定邊界夾角閾值，并在夾角大于邊界夾角閾值時，將預處理點云數(shù)據(jù)中的點與該夾角對應的投影近鄰點作為邊界點云特征，在夾角小于邊界夾角閾值時，將預處理點云數(shù)據(jù)中的點與該夾角對應的投影近鄰點舍去；

25、在預處理點云數(shù)據(jù)中的點與其對應的投影近鄰點的夾角全部計算完成后，將所有邊界點云特征作為邊界點云特征集。

26、可選的，將曲率點云特征集與邊界點云特征集進行融合得到對縫特征點云數(shù)據(jù)，包括：

27、將曲率點云特征集與邊界點云特征集相加得到總特征集，并基于目標縫隙的尺寸確定剪裁區(qū)域；

28、通過剪裁區(qū)域對總特征集進行剪裁得到對縫特征點云數(shù)據(jù)。

29、可選的，對對縫特征點云數(shù)據(jù)進行近鄰點搜索得到近鄰點距離和近鄰點方向向量，包括：

30、以目標縫隙為參考將對縫特征點云數(shù)據(jù)劃分為位于目標縫隙一側的第一對縫特征點云數(shù)據(jù)和位于目標縫隙另一側的第二對縫特征點云數(shù)據(jù)；

31、在第二對縫特征點云數(shù)據(jù)中搜索第一對縫特征點云數(shù)據(jù)的近鄰點，并將第一對縫特征點云數(shù)據(jù)中的點與其對應的位于第二對縫特征點云數(shù)據(jù)中的近鄰點之間的距離作為近鄰點距離；

32、將第一對縫特征點云數(shù)據(jù)中的點與其對應的位于第二對縫特征點云數(shù)據(jù)中的近鄰點之間的方向向量作為近鄰點方向向量。

33、可選的，根據(jù)近鄰點方向向量和平面法向量構建投影坐標系，包括：

34、根據(jù)近鄰點方向向量和平面法向量計算投影平面的投影法向量，其計算式滿足如下關系式：

35、fp＝ei×fn；

36、式中，fp表示投影法向量，ei表示近鄰點方向向量，fn表示平面法向量；

37、以投影法向量作為坐標軸構建投影坐標系。

38、可選的，利用近鄰點距離和階差數(shù)據(jù)計算間隙數(shù)據(jù)，包括：

39、根據(jù)近鄰點距離和階差數(shù)據(jù)構建關于階差數(shù)據(jù)和間隙數(shù)據(jù)的直角三角形，并對該直角三角形進行邊長計算得到間隙數(shù)據(jù)，其計算式滿足如下關系式：

40、

41、式中，d表示間隙數(shù)據(jù)，l表示近鄰點距離，h表示階差數(shù)據(jù)。

42、第二方面，本技術實施例提供一種基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量系統(tǒng)，其特征在于，包括處理器、存儲器；

43、存儲器，用于存放計算機程序；

44、處理器，用于執(zhí)行存儲器上所存放的程序時，實現(xiàn)第一方面中任一所述的方法步驟。

45、有益效果：

46、本發(fā)明提供的基于點云數(shù)據(jù)的縫隙測量方法，通過對獲取的預處理點云數(shù)據(jù)進行局部曲率突變估計得到曲率點云特征集，對預處理點云數(shù)據(jù)進行邊界特征估計得到邊界點云特征集；再將曲率點云特征集與邊界點云特征集進行融合得到對縫特征點云數(shù)據(jù)；并將對縫特征點云數(shù)據(jù)投影在投影坐標系上；對投影在投影坐標系上的對縫特征點云數(shù)據(jù)進行直線擬合得到擬合直線，并計算對縫特征點云數(shù)據(jù)到擬合直線的距離得到階差數(shù)據(jù)；便可利用近鄰點距離和階差數(shù)據(jù)計算間隙數(shù)據(jù)，并將階差數(shù)據(jù)和間隙數(shù)據(jù)作為目標縫隙的測量數(shù)據(jù)；本方法相較于其他算法，通過對預處理點云數(shù)據(jù)進行局部曲率突變估計得到曲率點云特征集，對預處理點云數(shù)據(jù)進行邊界特征估計得到邊界點云特征集可以在邊界殘缺的情況下利用局部曲率突變估計和邊界特征估計的方式能夠在點云數(shù)據(jù)上提取更多維度的信息用于特征提取，并且本方法能夠兼容邊界完整數(shù)據(jù)與邊界殘缺數(shù)據(jù)的測量，魯棒性更好。