三維測(cè)量點(diǎn)云與CAD模型配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、隨著社會(huì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)水平的需要日益提高，各種曲面及其組合復(fù)雜型面在手機(jī)，家電，汽車等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。這一變化促使零件檢測(cè)從二維到三維技術(shù)快速轉(zhuǎn)變。如今，基于三維CAD模型的數(shù)字化高精度檢測(cè)已成為主要發(fā)展趨勢(shì)，其中的關(guān)鍵技術(shù)就是點(diǎn)云與CAD模型的配準(zhǔn)。一般情況下，三維測(cè)量點(diǎn)云和CAD模型不在同一坐標(biāo)系。為了準(zhǔn)確快速評(píng)價(jià)工件的制造精度，必須對(duì)三維測(cè)量點(diǎn)云與工件本身的三維CAD模型進(jìn)行配準(zhǔn)——將三維測(cè)量點(diǎn)云的測(cè)

2、量坐標(biāo)系與CAD模型所在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下。在點(diǎn)云的各類配準(zhǔn)算法中，應(yīng)用較為普遍的是ICP及其種種改進(jìn)或變體算法。本文經(jīng)過深入研究分析發(fā)現(xiàn)，在點(diǎn)云與CAD模型配準(zhǔn)中，該算法依然存在局限性，主要表現(xiàn)在:其一，原始ICP算法是假設(shè)原始測(cè)量點(diǎn)云的歐式距離最近點(diǎn)為其所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，在CAD模型點(diǎn)云稀疏或不均時(shí)會(huì)出現(xiàn)尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)耗時(shí)及誤差大的問題;其次，原始ICP算法迭代步幅小、收斂過程緩慢，特別是當(dāng)三維測(cè)量點(diǎn)云的數(shù)量比較多時(shí)配準(zhǔn)效率會(huì)很低。

3、
　　針對(duì)以上問題，本文提出了一種基于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)因子的ICP配準(zhǔn)算法實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云與CAD模型的高效與高精度匹配。該算法主要對(duì)原始ICP算法進(jìn)行以下優(yōu)化。
　　第一步，本文提出了一種基于STL三角網(wǎng)格的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的尋找方法。該方法利用STL三角網(wǎng)格自身攜帶的法向量信息，求取測(cè)量點(diǎn)云到對(duì)應(yīng)三角網(wǎng)格的最近點(diǎn)，并將其作為目標(biāo)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，從而有效的解決了原始ICP算法在點(diǎn)云與CAD模型匹配中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)的尋找問題。該方法可以有效避免對(duì)CAD模型進(jìn)行大

4、規(guī)模采樣，有效的提高了配準(zhǔn)效率;又因其屬于一種點(diǎn)到面的對(duì)應(yīng)點(diǎn)計(jì)算方法，求得的對(duì)應(yīng)點(diǎn)相對(duì)比較準(zhǔn)確，從而有效的提高了配準(zhǔn)精度;
　　第二步，在第一步優(yōu)化的基礎(chǔ)上，本文提出了一種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)因子——?jiǎng)討B(tài)調(diào)整剛體變換參數(shù)因子，將其添加到原始ICP算法中，使得每次迭代點(diǎn)云剛體變換沿原來的趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)超程變換，以便下次迭代時(shí)搜索到更多有效對(duì)應(yīng)點(diǎn)，從而使迭代步幅加大，實(shí)現(xiàn)ICP算法的快速收斂。
　　實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的基于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)因子的ICP配準(zhǔn)