[发明专利]任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法

权利要求书

1.任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对曲面镜进行预扫描，获得曲面镜的点云数据，根据所述曲面镜的点云数据对曲面镜进行拟合，获得拟合曲面方程；

S2、根据所述拟合曲面方程，预解算曲面镜的镜面位置与姿态，获得第一旋转矩阵进行预定位；

S3、将曲面镜放置在作业空间的死角处；

S4、将三维激光扫描仪放置在与曲面镜保持通视的位置，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描，获得激光点云扫描数据；

S5、将所述激光点云扫描数据分离为直视表面区域点云、镜面漫反射圈区域点云、镜面反射区域点云三个部分的定位的点云坐标；

S6、根据所述镜面漫反射圈区域点云，解算曲面镜的镜面位置与姿态，获得第二旋转矩阵进行定位；

S7、利用步骤S2中预定位的所述第一旋转矩阵和S6中定位的所述第二旋转矩阵，将步骤S5中三个部分的定位的点云坐标转换到预定位的空间坐标系中；

S8、根据空间坐标转换后的直视表面区域点云、空间坐标转换后的镜面反射区域点云，解算曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标；

S9、将空间坐标转换后的直视表面区域点云与解算得到的所述曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点点云坐标进行配准合成，得到物体的完整点云；

其中，所述步骤S2中，利用曲面镜周围的漫反射圈，解算出所述第一旋转矩阵；

所述步骤S8具体为：

建立曲面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程；

联立曲面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程、步骤S1中的曲面镜的拟合曲面方程，获得空间直线与曲面镜的交点坐标；

根据曲面镜的拟合曲面方程，获得空间直线与曲面镜的交点在曲面上的切平面方程；

根据切平面方程获得曲面镜反射激光点云中激光像点关于切平面的对称点，所述对称点的坐标为曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点坐标。

2.根据权利要求1所述的任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S1中，对曲面镜进行预扫描前，对曲面镜进行预加工，撒粉覆盖曲面镜的表面，使曲面镜不易发生反射。

3.根据权利要求1所述的任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S3中，将曲面镜固定在一个可多角度旋转移动的支架上。

4.根据权利要求1所述的任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过三维激光扫描仪对物体进行扫描时，调整曲面镜的角度进行多次扫描。

5.根据权利要求1所述的任意曲面镜反射的激光扫描数据获取与解算方法，其特征在于，所述曲面镜反射激光点云中激光像点与原点的空间直线方程为：

其中，(x₁，y₁，z₁)是坐标原点(0，0，0)，(x₂，y₂，z₂)是曲面镜反射激光点云中激光像点，t是参数；

所述曲面镜的拟合曲面为：

Z＝a+bX+cY+dX²+eXY+fY² (2)

其中，参数a、b、c、d、e、f通过拟合可以获得；

联立(1)(2)，求得关于参数t的函数方程：

F(t)＝a+bx₂t+cy₂t+d(x₂t)²+ex₂y₂t²+f(y₂t)² (3)

将(x₂，y₂，z₂)以此代入(3)中，求得t值，得到空间直线与曲面镜的交点(x，y，z)；

三维空间下曲面镜的曲面函数为：

f(X，Y，Z)＝a+bX+cY+dX²+eXY+fY²-Z (4)

空间直线与曲面的交点在曲面上的切平面为：

f_x′(X-x)+f′_y(Y-y)+f_z′(Z-z)＝0

f_x′X+f′_yY+f_z′Z-(f_x′x+f′_yy+f_z′z)＝0 (5)

曲面镜反射激光点云中激光像点关于切平面的对称点(x₃，y₃，z₃)为：

得到的(x₃，y₃，z₃)是曲面镜反射激光点云中激光像点对应的物体上的物点坐标。