基于特征分割識(shí)別的點(diǎn)云配準(zhǔn)*

盧文翔，熊瑞平，徐毅松，楊 康，李 華

(四川大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，成都 610065)

0 引言

3D掃描儀用于捕獲現(xiàn)實(shí)世界物體的外形，用以在實(shí)際生產(chǎn)上生成3D仿真模型，在制造領(lǐng)域廣泛用于反求工程。攝像頭的成像局限性，形成完整3D模型的過(guò)程通常需要基于物理對(duì)象多個(gè)觀察角獲取對(duì)應(yīng)的3D數(shù)據(jù)(以點(diǎn)云的形式)。每個(gè)視圖以從特定方向覆蓋對(duì)象以捕獲整個(gè)對(duì)象，對(duì)齊這些視圖以產(chǎn)生一個(gè)合并的點(diǎn)云，然后可以將其重構(gòu)為3D表面，對(duì)齊的過(guò)程稱(chēng)為點(diǎn)云的配準(zhǔn)[1]。目前國(guó)內(nèi)外研究人員已經(jīng)取得多種成果，BESL等[2]提出了最近點(diǎn)迭代(iterative closest point，ICP)算法以及基于ICP算法優(yōu)化的ICP衍生算法[3-6]，REN等[7]提出一種基于新的距離誤差度量?jī)?yōu)化ICP算法，在減少選取點(diǎn)對(duì)的錯(cuò)誤率的同時(shí)提升了配準(zhǔn)收斂速度，HATTAB等[8]提出通過(guò)手動(dòng)選擇特征平面進(jìn)行對(duì)應(yīng)粗配準(zhǔn)減少I(mǎi)CP迭代次數(shù)，優(yōu)化了ICP在制造業(yè)中的應(yīng)用，LI等[9]提出通過(guò)使用Kd-tree優(yōu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和搜索方式，進(jìn)一步在ICP迭代過(guò)程中優(yōu)化尋找配準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)和配準(zhǔn)時(shí)間，提高效率。

目前制造加工中，工件由于尺寸差異大，難以通過(guò)一次連續(xù)的掃描去獲取完整的工件三維點(diǎn)云模型，于是對(duì)多個(gè)視角掃描獲取點(diǎn)云再進(jìn)行點(diǎn)云配準(zhǔn)是解決工件識(shí)別的重要方式但是點(diǎn)云配準(zhǔn)并不容易，特別是對(duì)于制造加工工件，其尺寸形狀差別較大，點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大，計(jì)算難度高，處理效率慢，精度要求高。

但是制造加工零件由于加工工藝(車(chē)銑刨磨)得到的加工面大多形成的為圓柱面、圓錐面與平面，所以機(jī)械模型外形可被看作是一系列平面與特征曲面的結(jié)合。……