[发明专利]一种基于三维局部点云配准的复合材料预制体整体外形重建方法

说明书

本发明是一种基于三维局部点云配准的复合材料预制体整体外形重建方法，根据数据采集3D相机的位姿关系对两片部分重叠局部点云进行粗配准；计算粗配准之后的两片点云中每个点的法向量；将两片粗配准后的局部点云通过一个自监督的特征编码网络提取出点云中每个点的特征描述子；对点特征描述子采用最近邻算法构建两片点云中点与点之间的初始对应关系集；对初始对应关系集进行逐步优选来减少对应关系集中的离群值；对去除离群值后的每一组对应点进行迭代计算精配准变换矩阵；重复以上两两配准过程实现复合材料预制体整体外形重建。本方法旨在解决复合材料预制体的整体外形重建问题，本申请的点云配准精度高，配准重建速度比通用ICP算法速度更快。

技术领域

本发明涉及复合材料预制体外形重建技术领域，具体的说是一种基于三维局部点云配准的复合材料预制体整体外形重建方法。

背景技术

先进复合材料具有高比强度、高比模量、耐疲劳、抗侵蚀、抗冲击、可设计性好等优点，是国民经济发展最重要的一类工程材料，在航空航天、国防军工领域的应用比例越来越大，如波音787客机中复合材料构件重量已占全机结构重量的50％左右，洛克希德·马丁公司的F35型战斗机，其复合材料在机身的用量占整个结构重量的35％。

传统的复合材料预制体织造及检测分析技术存在人工干预多、生产成本高、生产效率低等问题，且难以适应任意形状预制体的自动化制造。随着复合材料构件向着大型化、集成化、整体化方向发展，针对复合材料复杂构件高性能、高精度、高效率的制造需求，具有自动化、数字化、智能化、精密化、柔性化等技术特点的大型复杂复合材料预制体织造成形系列装备是目前复合材料构件智能制造装备发展的主要方向。近年来，随着三维激光扫描测量技术的不断发展与完善，它在数据采集方面凸显出速度快、精度高、适应性强等优点使其成为各个领域的主流测量技术。针对复合材料预制体自动化整体外形分析问题，需要一种利用三维激光扫描技术用于实现复合材料预制体自动化整体外形重建的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维局部点云配准的复合材料预制体整体外形重建方法，重复将相邻具有重叠局部的点云数据进行配准，实现现复合材料预制体整体外形重建。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于三维局部点云配准的复合材料预制体整体外形重建方法，其特征在于：采用多个3D相机对复合材料预制体整体外形进行扫描，由于相邻两个3D相机采集到的数据有局部重叠，依次将相邻两个3D相机采集到的重叠部数据进行配准，得到完整的复合材料预制体点云数据，实现复合材料预制体整体外形的重建，具体步骤如下：

步骤1，根据采集部分重叠局部点云的两个3D相机的位姿关系求出粗配准变换矩阵，对两片部分重叠局部点云进行粗配准；

步骤2，计算粗配准之后的两片局部重叠点云中每个点的法向量；

步骤3，将两片粗配准后的点云输入到一个自监督的特征编码网络中，提取点云中每个点的特征描述子；

步骤4，根据两片粗配准后局部点云的特征描述子通过最近邻算法构建两片点云中点与点之间的对应关系集；

步骤5，对两片粗配准后的点云中的对应关系集进行逐步优选来降低对应关系集中的离群值；

步骤6，对去除离群值后的两片点云中的每一对对应点进行迭代计算精配准变换矩阵，完成两片局部点云的精配准；

步骤7，更换下一组相邻两个3D相机获取的局部点云数据，重复步骤1-6实现复合材料预制体整体外形重建。

所述的步骤1中根据采集部分重叠局部点云的两个深度相机的位姿关系进行粗配准的具体步骤如下：

步骤1.1，用两个深度相机对同一个包含三个标定点的标靶进行测量，获取到三个标定点的坐标信息，通过三个标定点在两个相机坐标系下的对应关系及位置坐标求出两个相机坐标系的变换矩阵；