基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，其特征是在每條掃描線上提取特征點(diǎn)，使用特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線來(lái)重構(gòu)邊界特征，特征點(diǎn)的提取包括鄰域搜索、測(cè)量點(diǎn)位置識(shí)別、直線擬合與求交三個(gè)步驟。在鄰域搜索中將點(diǎn)沿掃描線排序，使用B樣條曲線插值有序點(diǎn)集，通過(guò)曲率識(shí)別面上點(diǎn)和倒角點(diǎn)，使用表面和側(cè)面上的點(diǎn)分別擬合直線，用直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)。最后將特征點(diǎn)擬合為直線或B樣條曲線用于表達(dá)蒙皮的邊界特征。本發(fā)明能提高數(shù)控加工的精度和應(yīng)用程度，從而提高飛機(jī)蒙皮裝配效率和裝配質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種飛機(jī)制造技術(shù)，尤其是一種飛機(jī)蒙皮的制造方法，具體地說(shuō)是一 種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在飛機(jī)制造領(lǐng)域，飛機(jī)蒙皮在裝配時(shí)需對(duì)邊界進(jìn)行手工修配，從而保證蒙皮 間的配合間隙在允許誤差范圍內(nèi)，且蒙皮不具備互換性。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因有:一是蒙皮 通過(guò)拉伸成形，其邊界切割依據(jù)為切割樣本，首先采用留余量粗切割，然后再留余量精修蒙 皮邊界;二是，為了實(shí)現(xiàn)蒙皮的精確高效切邊，飛機(jī)制造廠商采用了數(shù)控切邊工藝，即凈邊 制造工藝，但這種工藝目前普遍做法是僅將部分邊進(jìn)行無(wú)余量加工，剩余邊仍需留有小余 量;三是，飛機(jī)蒙皮中，復(fù)合材料的比重越來(lái)越大，復(fù)合材料尺寸穩(wěn)定性好，但其邊界一般不 做修配，金屬蒙皮與復(fù)材蒙皮配合時(shí)，需通過(guò)修整自身邊界以完成與其的配合。
[0003] 間隙在蒙皮裝配中是不容忽視的，間隙的存在嚴(yán)重影響飛機(jī)的氣動(dòng)外形和隱身性 能。為了解決飛機(jī)蒙皮裝配間隙，影響飛機(jī)氣動(dòng)外形和隱身性能的問(wèn)題，飛機(jī)制造廠商采用 未裝的蒙皮以裝好的蒙皮邊界為依據(jù)修配，金屬蒙皮以復(fù)材蒙皮邊界為依據(jù)修配，蒙皮數(shù) 控切邊時(shí)部分凈邊部分留小余量的裝配工藝。
[0004] 凈邊制造工藝在一定程度上減少了蒙皮裝配時(shí)邊界的修配量，造成無(wú)法實(shí)現(xiàn)全邊 凈邊的重要原因是缺乏蒙皮實(shí)際邊界數(shù)據(jù)，蒙皮實(shí)測(cè)邊界起著檢驗(yàn)和加工依據(jù)的作用:復(fù) 材蒙皮的實(shí)測(cè)邊界是與之相配的金屬蒙皮邊界的切割依據(jù);與通常的機(jī)加件不同，蒙皮的 薄壁結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在加工時(shí)易變形，在機(jī)檢測(cè)才能保證其加工精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前蒙皮裝配時(shí)因缺乏蒙皮實(shí)際邊界數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全邊凈 邊加工而影響裝配質(zhì)量以及重構(gòu)效率不高的問(wèn)題，發(fā)明一種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特 征重構(gòu)方法，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高效凈邊加工提供依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，其特征在于它包括以下步驟：
[0008] (1)通過(guò)測(cè)量得到蒙皮的掃描線點(diǎn)云；
[0009] (2)在采樣點(diǎn)自身所在的掃描線上搜索其鄰近點(diǎn)，得到其鄰域點(diǎn)集；
[0010] (3)根據(jù)采樣點(diǎn)鄰域的幾何形狀參數(shù)確定采樣點(diǎn)位于面上還是邊界附近；
[0011] (4)對(duì)邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使其與XY坐標(biāo)平面平行；
[0012] (5)將邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域分為三部分，即表面點(diǎn)、側(cè)面點(diǎn)和倒角點(diǎn)；
[0013] (6)用表面和側(cè)面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，并求取直線的交點(diǎn)，將交點(diǎn)作為邊界特 征點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行姿態(tài)還原；
[0014] (7)用特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線，得到被測(cè)蒙皮的邊界。
[0015] 所述步驟(2)中采樣點(diǎn)的鄰域搜索方法如下：
[0016] (2-1)排除采樣點(diǎn)為掃描線的端點(diǎn)，記到采樣點(diǎn)P歐式距離最小的兩點(diǎn)SPiiPPA 若?^7與^"的夾角小于設(shè)定的閾值θ。則認(rèn)定其為端點(diǎn)；
[0017] (2-2)對(duì)線內(nèi)點(diǎn)，獨(dú)立搜索其左右兩側(cè)的鄰近點(diǎn)，然后合并為鄰域，已知P和if則if 可按如下方法獲得:計(jì)算矸歐式距離^內(nèi)的全部點(diǎn)，按距離從小到大依次取出APi，若^ 與？77的角度大于設(shè)定閾值θν，則點(diǎn) Pl即為巧。再用if和巧得枵，依次漸進(jìn)向前即可依次 搜索到點(diǎn)打，％…，仏，從而得到P右側(cè)鄰近點(diǎn)集；左側(cè)鄰近點(diǎn)集的獲取方法相同，拼接后 得到P的鄰域：
[0019] (2-3)在兩側(cè)搜索過(guò)程中，當(dāng)最新得到的鄰近點(diǎn)到采樣點(diǎn)的距離大于等于r時(shí)，即 結(jié)束該側(cè)的搜索，進(jìn)入另一側(cè)搜索或完成搜索。
[0020] 本發(fā)明的鄰域搜索采用貪吃蛇模型，沿著左右兩個(gè)方向單向搜索，設(shè)計(jì)搜索模型 時(shí)考慮了數(shù)據(jù)間隔不均和存在跨越的情況。搜索過(guò)程本身就是以采樣點(diǎn)為中心，沿著掃描 線獲取鄰近點(diǎn)，因此，搜索過(guò)程和排序過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的。所述步驟(2-2)中，當(dāng)掃描線上點(diǎn) 分布均勻性好時(shí)，r s設(shè)置為2~3倍平均點(diǎn)間距即可，當(dāng)均勻性較差時(shí)，將其設(shè)置為典型的最 大點(diǎn)間距。
[0021] 所述步驟⑶中，計(jì)算采樣點(diǎn)P同其鄰域邊界點(diǎn)1%和々，構(gòu)成的向量巧和巧的 夾角，根據(jù)夾角是否小于閾值Θ來(lái)判斷采樣點(diǎn)是否位于蒙皮邊界處；
[0022] 所述步驟(4)中數(shù)據(jù)預(yù)處理操作如下：
[0023] (4-1)用鄰域點(diǎn)擬合掃描平面方程ax+by+cz+d = 0,式中a、b、c、d為常數(shù)，所建立的 誤差目標(biāo)函數(shù)為：
[0025]其中，N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到平面的投影距離土二|aXl+byi+ CZl+d| ;
[0026] (4-2)利用公式k = Cn得到坐標(biāo)變換所需的旋轉(zhuǎn)矩陣C，其中1^=[0,0，1]7是2軸單 位方向向量，n=[a，b，c] 擬合得到的平面單位法矢；
[0027] (4-3)按照公式U/,.v;,3;]T= C · [x,..m]T對(duì)鄰域點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中，[Xi，yi，Zi]T為 原始坐標(biāo)，[W. .V/', 」τ為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)；
[0028] (4-4)將旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)進(jìn)行投影，投影后的坐標(biāo)為[xf, ,
。通 過(guò)位姿變換，將鄰域與XY坐標(biāo)平面對(duì)齊，從而將三維問(wèn)題轉(zhuǎn)化為平面二維問(wèn)題，簡(jiǎn)化了直線 擬合模型，降低了 B樣條擬合計(jì)算量。
[0029]所述步驟(5)中按照如下方法將邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域劃分為三個(gè)子集：
[0030] (5-1)采用三次非均勻B樣條曲線插值鄰域點(diǎn)，利用規(guī)范積累弦長(zhǎng)參數(shù)化方法對(duì)型 值點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，節(jié)點(diǎn)矢量u = [UQ，U1，…，un+k+i ]采用定義域兩端節(jié)點(diǎn)為k+1重的重節(jié)點(diǎn)端 點(diǎn)條件，即有UQ = U1 =…=Uk = 0和Un+l = Un+2=…=Un+k+l= 1，插值時(shí)的邊界條件為切矢條 件；
[0031]
計(jì)算型值點(diǎn)Pi曲率，其中rj(u)為樣條曲線在 參數(shù)U處的j階導(dǎo)矢；
[0032] (5-3)依次從鄰域中取出點(diǎn)，將其曲率值與設(shè)定曲率閾值做比較，若大于曲率閾值 貝1J為倒角點(diǎn)，倒角點(diǎn)兩側(cè)的點(diǎn)即為表面點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)。用B樣條曲線的構(gòu)造可以采用插值和擬 合兩種方法，與擬合方法相比，插值方法的節(jié)點(diǎn)矢量計(jì)算簡(jiǎn)單，控制頂點(diǎn)通過(guò)求解線性方程 組得到。
[0033] 所述步驟(6)采用如下方法獲取特征點(diǎn)：
[0034] (6-1)使用兩面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，直線方程為ax+by+c = 0,建立的目標(biāo)誤差 函數(shù)為：
[0036]其中N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到直線的投影距離土二|aXl+byi+c| ;
[0037] (6-2)求取直線交點(diǎn)，即該掃描線上的邊界特征點(diǎn)，利用公式P = CT · Ps將得到的特 征點(diǎn)坐標(biāo)還原至測(cè)量坐標(biāo)系下，其中CT為矩陣C的轉(zhuǎn)置矩陣，PlPP分別為特征點(diǎn)還原前后的 坐標(biāo)。
[0038] 本發(fā)明的有益效果：
[0039] 本發(fā)明的基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，用于獲取蒙皮的實(shí)際邊界。 蒙皮的實(shí)測(cè)邊界是數(shù)控切邊工藝的重要輸入信息，可提高數(shù)控加工的精度和應(yīng)用程度，從 而提高飛機(jī)蒙皮裝配效率和裝配質(zhì)量。該方法的整個(gè)過(guò)程通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，采用非接觸式 測(cè)量的激光掃描儀獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，在測(cè)量過(guò)程中不接觸弱剛性的蒙皮，保障了測(cè)量可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖。
[0041]圖2是測(cè)量得到的掃描線點(diǎn)云。
[0042]圖3是重構(gòu)得到的蒙皮邊界特征。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0044] 如圖1-3所示。
[0045] -種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，包括以下步驟：
[0046] (1)測(cè)量得到蒙皮的掃描線點(diǎn)云；
[0047] (2)在采樣點(diǎn)自身所在的掃描線上搜索其鄰近點(diǎn)，得到其鄰域點(diǎn)集；
[0048] (3)根據(jù)采樣點(diǎn)鄰域的幾何形狀參數(shù)確定采樣點(diǎn)位于面上還是邊界附近；
[0049] (4)對(duì)邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使其與XY坐標(biāo)平面平行；
[0050] (5)將邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域分為三個(gè)子集，表面點(diǎn)、側(cè)面點(diǎn)和倒角點(diǎn)；
[0051] (6)用兩面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，并求取直線的交點(diǎn)，將交點(diǎn)作為邊界特征點(diǎn)， 并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行姿態(tài)還原；
[0052] (7)用特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線，得到被測(cè)蒙皮的邊界。
[0053] 詳述如下：
[0054]如圖1所示，本發(fā)明從掃描線點(diǎn)云中提取蒙皮邊界特征的操作流程主要為:首先， 使用激光掃描設(shè)備獲取得到蒙皮邊界的掃描線點(diǎn)云;然后搜索采樣點(diǎn)的鄰域;接著，根據(jù)采 樣點(diǎn)鄰域的幾何形狀參數(shù)確定采樣點(diǎn)位于面上還是邊界附近;對(duì)邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域進(jìn) 行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使其與XY坐標(biāo)平面平行;接著用平面B樣條曲線插值通過(guò)鄰域點(diǎn)，并計(jì)算各 點(diǎn)處的曲率;根據(jù)鄰域中點(diǎn)的曲率大小，將其分為三個(gè)子集，表面點(diǎn)、側(cè)面點(diǎn)和倒角點(diǎn);然后 用兩面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，并求取直線的交點(diǎn);接著將交點(diǎn)還原，得到該條掃描線上的 特征點(diǎn);最后，用所得全部特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線，從而得到被測(cè)蒙皮的邊界線。 [0055]圖2所示為蒙皮實(shí)驗(yàn)件的邊界掃描線點(diǎn)云，點(diǎn)間距和線間距為0.075mm和1.5mm，蒙 皮厚度為3mm。
[0056] 所述步驟(2)中采樣點(diǎn)的鄰域搜索方法如下：
[0057] (2-1)排除采樣點(diǎn)為掃描線的端點(diǎn)，記到采樣點(diǎn)P歐式距離最小的兩點(diǎn)為if和秤， 若]^7與F/f的夾角小于設(shè)定的閾值Θ。則認(rèn)定其為端點(diǎn)；
[0058] (2-2)對(duì)線內(nèi)點(diǎn)，獨(dú)立搜索其左右兩側(cè)的鄰近點(diǎn)，然后合并為鄰域，已知P和if則if 可按如下方法獲得:計(jì)算<歐式距離r s內(nèi)的全部點(diǎn)，按距離從小到大依次取出APi，若0 與的角度大于設(shè)定閾值θν，則點(diǎn)Pl即為再用/f和if得if，依次漸進(jìn)向前即可依次 搜索到點(diǎn)CW，…，仏，從而得到P右側(cè)鄰近點(diǎn)集。左側(cè)鄰近點(diǎn)集的獲取方法相同，拼接后 得到P的鄰域：
[0059] R = Ψ^···,：Ρ^Ρ,Ρ[,···,Ρ%}
[0060] (2-3)在兩側(cè)搜索過(guò)程中，當(dāng)最新得到的鄰近點(diǎn)到采樣點(diǎn)的距離大于等于r時(shí)，即 結(jié)束該側(cè)的搜索，進(jìn)入另一側(cè)搜索或完成搜索。
[0061 ] R-
[0062] 在該實(shí)施例中，用于判斷采樣點(diǎn)是否為端點(diǎn)的角度閾值f =120°，兩側(cè)搜索時(shí)的 半徑:rs = 0.3mm，角度閾值θν = 45°，鄰域半徑r = 2mm。
[0063] 所述步驟(3)中，計(jì)算采樣點(diǎn)P同其鄰域邊界點(diǎn)構(gòu)成的向量的 夾角，根據(jù)夾角是否小于閾值Θ來(lái)判斷采樣點(diǎn)是否位于蒙皮邊界處；
[0064]在本實(shí)施例中，識(shí)別采樣點(diǎn)位置所用角度閾值θ = 110°。
[0065] 所述步驟(4)中數(shù)據(jù)預(yù)處理操作如下：
[0066] (4-1)用鄰域點(diǎn)擬合掃描平面方程ax+by+CZ+d = 0,所建立的誤差目標(biāo)函數(shù)為
[0068]其中，N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到平面的投影距離土二|aXl+byi+ CZl+d|。
[0069] (4-2)利用公式k = Cn得到坐標(biāo)變換所需的旋轉(zhuǎn)矩陣C，其中1^=[0,0，1]7是2軸單 位方向向量，n=[a，b，c] 擬合得到的平面單位法矢；
[0070] (4_3)按照公式[Λ·;,.ν/,ζ;]τ=· C_ ' tui,:z;]T對(duì)鄰域點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，其中，[Xi，yi，Zi] T為 原始坐標(biāo)，[V. .V;'. z;'] τ為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)；
[0071] (4-4)將旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)進(jìn)行投影，投影后的坐標(biāo)為[W.vWF，其中：
[0072]所述步驟(5)中按照如下方法將邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域劃分為三個(gè)子集：
[0073] (5-1)采用三次非均勻B樣條曲線插值鄰域點(diǎn)，利用規(guī)范積累弦長(zhǎng)參數(shù)化方法對(duì)型 值點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化，節(jié)點(diǎn)矢量u = [UQ，U1，…，un+k+i ]采用定義域兩端節(jié)點(diǎn)為k+1重的重節(jié)點(diǎn)端 點(diǎn)條件，即有UQ = U1 =…=Uk = 0和Un+l = Un+2=…=Un+k+l= 1，插值時(shí)的邊界條件為切矢條 件；
[0074] 計(jì)算型值點(diǎn)Pi曲率，其中rj(u)為樣條曲線在 參數(shù)U處的j階導(dǎo)矢；
[0075] (5-3)依次從鄰域中取出點(diǎn)，將其曲率值與設(shè)定曲率閾值做比較，若大于曲率閾值 貝1J為倒角點(diǎn)，倒角點(diǎn)兩側(cè)的點(diǎn)即為表面點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)。
[0076] 所述步驟(6)采用如下方法獲取特征點(diǎn)：
[0077] (6-1)使用兩面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，直線方程為ax+by+c = 0,建立的目標(biāo)誤差 函數(shù)為
[0079]其中N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到直線的投影距離土二|aXl+byi+c| ;
[0080] (6-2)求取直線交點(diǎn)，即該掃描線上的邊界特征點(diǎn)，利用公式P = CT · Ps將得到的特 征點(diǎn)坐標(biāo)還原至測(cè)量坐標(biāo)系下，其中C為旋轉(zhuǎn)矩陣，PlPP分別為特征點(diǎn)還原前后的坐標(biāo)。
[0081] 圖3所示為所得的蒙皮邊界特征。
[0082]本發(fā)明的蒙皮掃描線點(diǎn)云可以明確識(shí)別出各條掃描線，掃描線間的距離為線間 距，掃描線上采樣點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為點(diǎn)間距。掃描線點(diǎn)云通過(guò)手持或機(jī)床加持激光掃描儀 沿蒙皮邊界掃描得到。
[0083]飛機(jī)蒙皮屬薄壁結(jié)構(gòu)件，針對(duì)其邊界特征重構(gòu)效率不高的問(wèn)題，本發(fā)明的基于掃 描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，考慮了測(cè)量點(diǎn)分布不均和微倒角的影響。該方法在每 條掃描線上提取特征點(diǎn)，使用特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線來(lái)重構(gòu)邊界特征。特征點(diǎn)的提取 包括鄰域搜索、測(cè)量點(diǎn)位置識(shí)別、直線擬合與求交三個(gè)步驟。在鄰域搜索中將點(diǎn)沿掃描線排 序，使用B樣條曲線插值有序點(diǎn)集，通過(guò)曲率識(shí)別面上點(diǎn)和倒角點(diǎn)，使用表面和側(cè)面上的點(diǎn) 分別擬合直線，用直線的交點(diǎn)作為特征點(diǎn)。特征點(diǎn)作為實(shí)際邊界線的離散點(diǎn)，通過(guò)用特征點(diǎn) 擬合直線或樣條曲線來(lái)重構(gòu)蒙皮的實(shí)際邊界。
[0084]本發(fā)明不在現(xiàn)有測(cè)量點(diǎn)中尋找特征點(diǎn)，降低了保障特征點(diǎn)精度所需的點(diǎn)云密度且 符合了設(shè)計(jì)意圖。利用實(shí)測(cè)邊界線作為數(shù)控切邊的加工依據(jù)和檢測(cè)依據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)蒙皮全 凈邊，從而大大提高蒙皮裝配效率和裝配質(zhì)量。
[0085] 上列較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng) 理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0086] 本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于掃描線點(diǎn)云的蒙皮邊界特征重構(gòu)方法，其特征在于它包括以下步驟： (1) 通過(guò)測(cè)量得到蒙皮的掃描線點(diǎn)云； (2) 在采樣點(diǎn)自身所在的掃描線上搜索其鄰近點(diǎn)，得到其鄰域點(diǎn)集； (3) 根據(jù)采樣點(diǎn)鄰域的幾何形狀參數(shù)確定采樣點(diǎn)位于面上還是邊界附近； (4) 對(duì)邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使其與XY坐標(biāo)平面平行； (5) 將邊界附近采樣點(diǎn)的鄰域分為三部分，即表面點(diǎn)、側(cè)面點(diǎn)和倒角點(diǎn)； (6) 用表面和側(cè)面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，并求取直線的交點(diǎn)，將交點(diǎn)作為邊界特征 點(diǎn)，并對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行姿態(tài)還原； (7) 用特征點(diǎn)構(gòu)造直線或B樣條曲線，得到被測(cè)蒙皮的邊界。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中采樣點(diǎn)的鄰域搜索方法如下： (2-1)排除采樣點(diǎn)為掃描線的端點(diǎn)，記到采樣點(diǎn)P歐式距離最小的兩點(diǎn)為片和#，若 與?巧:的夾角小于設(shè)定的閾值Θ。則認(rèn)定其為端點(diǎn)； (2-2)對(duì)線內(nèi)點(diǎn)，獨(dú)立搜索其左右兩側(cè)的鄰近點(diǎn)，然后合并為鄰域，已知P和if則if可 按如下方法獲得:計(jì)算if歐式距離^內(nèi)的全部點(diǎn)，按距離從小到大依次取出APi，若???與 >7Χ的角度大于設(shè)定閾值θ ν，則點(diǎn)Ρ:即為巧'。再用斤和巧'得茗，依次漸進(jìn)向前即可依次搜 索到點(diǎn)/^6，一，巧,.，從而得到？右側(cè)鄰近點(diǎn)集;左側(cè)鄰近點(diǎn)集的獲取方法相同，拼接后得 到P的鄰域：(2-3)在兩側(cè)搜索過(guò)程中，當(dāng)最新得到的鄰近點(diǎn)到采樣點(diǎn)的距離大于等于r時(shí)，即結(jié)束 該側(cè)的搜索，進(jìn)入另一側(cè)搜索或完成搜索。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，計(jì)算采樣點(diǎn)P同其鄰域邊界 點(diǎn)#;和仏.構(gòu)成的向量^；和<的夾角，根據(jù)夾角是否小于閾值Θ來(lái)判斷采樣點(diǎn)是否位 于蒙皮邊界處。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中數(shù)據(jù)預(yù)處理操作如下： (4-1)用鄰域點(diǎn)擬合掃描平面方程aX+by+cz+d = 0,式中a、b、c、d為常數(shù)，所建立的誤差 目標(biāo)函數(shù)為：其中，N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到平面的投影距離cU= |aXl+byi+CZl+d| ; (4-2)利用公式k = Cn得到坐標(biāo)變換所需的旋轉(zhuǎn)矩陣C，其中1^=[0,0，1]7是2軸單位方向 向量，n=[a，b，c]T為擬合得到的平面單位法矢； (4-3)按照公式^[^'^，對(duì)鄰域點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)^中七^(guò)^^為原始 坐標(biāo)，喊沁為旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)； (4-4)將旋轉(zhuǎn)后的點(diǎn)進(jìn)行投影，投影后的坐標(biāo)為[. .ν;+. ? ]τ，其中，〃 =| Σ :?5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)中按照如下方法將邊界附近采 樣點(diǎn)的鄰域劃分為三個(gè)子集： (5-1)采用三次非均勻B樣條曲線插值鄰域點(diǎn)，利用規(guī)范積累弦長(zhǎng)參數(shù)化方法對(duì)型值點(diǎn) 進(jìn)行參數(shù)化，節(jié)點(diǎn)矢量u = [UQ，U1，…，un+k+i ]采用定義域兩端節(jié)點(diǎn)為k+1重的重節(jié)點(diǎn)端點(diǎn)條 件，即有UQ = U1 =…=Uk = 0和Un+l = Un+2 =…=Un+k+l = 1，插值時(shí)的邊界條件為切矢條件； (5-2)利用公;E計(jì)算型值點(diǎn)Pi曲率，其中f(u)為樣條曲線在參數(shù)u 處的j階導(dǎo)矢； (5-3)依次從鄰域中取出點(diǎn)，將其曲率值與設(shè)定曲率閾值做比較，若大于曲率閾值則為 倒角點(diǎn)，倒角點(diǎn)兩側(cè)的點(diǎn)即為表面點(diǎn)和側(cè)面點(diǎn)。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)采用如下方法獲取特征點(diǎn)：（6-1)使用兩面上點(diǎn)子集擬合兩條直線，直線方程為ax+by+c = 0，建立的目標(biāo)誤差函數(shù)為：其中N為鄰域中點(diǎn)的數(shù)目，cU為點(diǎn)到直線的投影距離cU= |aXl+byi+c| ; (6-2)求取直線交點(diǎn)，即該掃描線上的邊界特征點(diǎn)，利用公式P = CT · Pi#得到的特征點(diǎn) 坐標(biāo)還原至測(cè)量坐標(biāo)系下，其中CT為矩陣C的轉(zhuǎn)置矩陣，P1PP分別為特征點(diǎn)還原前后的坐 標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105868498SQ201610247304
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】李瀧杲, 黃翔, 余飛祥
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)