[发明专利]一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法

权利要求书

1.一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、建立管道测量系统的坐标转换数学模型；

S2、使用管道测量系统以预先设定角度步长测量整环固定内径圆筒，生成不同角度的相机坐标系管道内表面点云；

S3、通过圆柱拟合将相机坐标系下点云变换到点云圆柱坐标系中；

S4、求取不同角度下的点云在全局圆柱坐标系中的表示，并建立点云圆柱坐标系与全局圆柱坐标系坐标的误差补偿模型；

S5、求取点云在相机坐标系和全局圆柱坐标系之间的转换矩阵，通过优化算法迭代求取相应的坐标转换参数，完成标定；

所述坐标转换数学模型包括相机坐标系、点云旋转坐标系，全局旋转坐标系、点云圆柱坐标系及全局圆柱坐标系；测量点云所获取的原始坐标为相机坐标系下的坐标值，通过坐标转换数学模型将所有测量点云转换到统一的全局圆柱坐标系中，所述坐标转换数学模型为：

其中，(xCCF,yCCF,zCCF)为不同角度测量点云在相机坐标系中的坐标值，(xCyCF,yCyCF,zCyCF)为点云在全局圆柱坐标系中的坐标值，r11,r12,…,r19为旋转坐标系与全局圆柱坐标系的位置转换矩阵系数，r21,r22,…,r29为相机坐标系与点云旋转坐标系的位置转换矩阵系数，θ为标定过程中转角仪测定的旋转角度；

所述相机坐标系建立在相机相平面上，点云旋转坐标系建立在旋转轴上，相机坐标系与点云旋转坐标系有固定的位置变换关系，全局旋转坐标系建立在坐标轴上，在系统旋转时位姿相对于测量零件不变，点云圆柱坐标系为不同测量点云通过圆柱拟合建立的圆柱坐标系，全局圆柱坐标系建立在测量零件轴线上，在整环测量时也不发生变化，全局旋转坐标系与全局圆柱坐标系有着固定位置变换关系。

2.根据权利要求1所述的一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于：所述相机坐标系的建立，相机坐标系为CCF，坐标原点在镜头中心，z轴为相机光轴，固定在相机上。

3.根据权利要求1所述的一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于：所述点云旋转坐标系的建立，点云旋转坐标系为RCF_i，原点建立在旋转轴上某个定点，在旋转测量过程中与CCF拥有固定的位置关系，其z轴与旋转轴重合，空间位置随系统测量姿态旋转变化，i为不同测量位置的点云旋转坐标系。

4.根据权利要求1所述的一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于：所述全局旋转坐标系的建立，全局旋转坐标系为RCF，原点建立在RCF_i原点上，z轴与旋转轴重合，与RCF_i存在固定的旋转关系，在旋转测量过程中空间位置固定不变。

5.根据权利要求1所述的一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于：所述全局圆柱坐标系的建立，全局圆柱坐标系为CyCF，原点建立在深孔类零件内表面中心轴线上一定点，其z轴与身管中心轴线重合，在旋转测量过程中空间位置固定不变。

6.根据权利要求1所述的一种用于点云拼接的管道测量系统位姿标定方法，其特征在于：于步骤S4中建立的误差补偿模型，该误差补偿模型为：

(xCyCF,yCyCF,zCyCF)为点云在全局圆柱坐标系中的坐标值，(xCyCFi,yCyCFi,zCyCFi)为不同角度测量得到的点云在点云圆柱坐标系中的坐标，θ为标定过程中转角仪测定的旋转角度，α为不同旋转角度下点云圆柱坐标系与全局圆柱坐标系间的角度差，α(θ)＝θ+A₁ sin(θ+φ₁)，Δz(θ)＝A₂sin(θ+φ₂)，其中A₁，A₂，φ₁，φ₂为函数的幅值和相位。