(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210239157.4 (22)申请日 2022.03.11 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430000 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 宋宝　李君　刘永兴　周向东　 唐小琦　王小柏　卢慧锋　张翔　 高天赐　林志鹏　 (74)专利代理 机构 武汉蓝宝石专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 42242 专利代理师 廉海涛 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/33(2017.01) G06V 10/762(2022.01)G06K 9/62(2022.01) (54)发明名称 一种用于零件表面质量检测的点云配准方 法及装置 (57)摘要 本发明涉及一种用于零件表面质 量检测的 点云配准方法及装置， 本发明首先 获取待测零件 扫描点云集合及其对应的标准模 型， 并对点云集 合进行预处理； 将处理后的点云集合与标准模型 进行初始 配准； 根据零件表面的几何特征将扫描 点云集合划分成基础部分与几何特征部分， 并构 建匹配点对； 利用匹配点对， 计算协方差矩阵并 进行奇异值 分解， 分别计算各部分对应的变换参 数； 为各部分分配不同的权重并计算总体变换参 数， 利用总体变换参数变换待测零件的扫描点 云， 重复迭代直至满足终止条件。 本发明基于几 何特征拟合的点云数据预处理及配准方法， 对于 存在大量背景及噪声的扫描点云能够提高配准 稳定性， 并提高配准精度及速度。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114663373 A 2022.06.24 CN 114663373 A 1.一种用于零件表面质量检测的点云配准方法， 其特 征在于， 包括： S1， 分别获取待测零件扫描点云集合P以及待测零件对应的标准模型Q， 并对所述扫描 点云集合P进行预处理得到点云集 合Pt； S2， 将点云集 合Pt与标准模型Q进行初始配准； S3， 根据零件表面所具有的几何特征将点云集合Pt划分成基础部分P0与几何特征部分 P1～Pn， 并构建基础部分和几何特征部分中各点与 标准模型Q中各点的匹配点对； 其中基础 部分为非几何特 征部分， n 为零件表面所 具有的几何特 征数量； S4， 利用基础部分和几何特征部分对应的匹配点对， 计算协方差矩阵并进行奇异值分 解， 分别计算得到P0～Pn对应的变换参数 R为旋转矩阵， T 为平移 矩阵； S5， 根据零件表面具有的几何特征及其点云数据占比， 为基础部分和几何特征部分分 配不同的权 重θk， 并计算总体 变换参数 S6， 利用总体变换参数v变换待测零件 的扫描点云， 并重复步骤S3～S5， 直至满足迭代 终止条件， 输出配准结果。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述匹配点对的构建方法， 包括： 构建标准模型Q的Kd ‑tree结构， 对于扫描点 云集合Pt中的各点p， 利用Kd ‑tree在标准模 型Q中搜索最近点q， 构成N个匹配点对。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述的几何特征的权重根据下式进行分 配： 式中， N为匹配点对数量， N(Pk)为N个匹配点对中几何特 征Pk的数量。 4.根据权利要求2或3所述的方法， 其特 征在于， 步骤S5还 包括： 1)判断变换后的扫描点云与标准模型的配准 误差是否小于误差函数阈值； 2)判断迭代次数 是否达到设定的最大迭代次数； 若1)或2)任一判断结果 为是， 则表示满足迭代终止条件。 5.根据权利要求 4所述的方法， 其特 征在于， 所述配准 误差通过 下式计算： 式中， pi表示第i个匹配点对中待测零件扫描点云中的点， qi表示第i个匹配点对中标准 模型Q中的点。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述预处 理， 包括： S601， 对于未经预处理的扫描点云数据集P， 根据点云密度将连续分布的点聚类， 将扫 描点云数据集划分成m个点云簇集 合{C1,C2,...,Cm}； S602， 根据待测零件的几何特征建立模型方程为： M＝f(x,y,z,s,D)， (x,y,z)为数据集 P中点p的坐标值， s为求解模型所需的最少点的数量， 该模 型存在固有 特征与模 型表面上的权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114663373 A 2点满足关系D； S603， 选取一个点云簇集合Cl,l＝1～m， 并从点云簇集合Cl中随机选择一个至少包含s 个点的子集S， 将子集S中各点的坐标根据模型 方程M进行拟合得到模型M*； S604， 对于点云簇集合Cl中其余点pt， 计算其与模型M*的固有特征关系D*的偏离值评价 误差erro(pt)＝|D*‑D|； 若erro(pt)≤maxerro， 则保留该点， maxerro为预设的误差阈值； 当 保留点的数量 大于设定 值时， 则点云簇 集合Cl即为待测零件对 应的扫描点云Pt； 删除除点云 簇集合Cl外的其他点云簇集 合。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特 征在于， 步骤S6 04还包括： 当保留点的数量大于设定值 时， 利用所保存的点根据最小二乘法拟合出新的几何模型 并替换M*。 8.一种用于零件表面质量检测的点云配准装置， 其特 征在于， 包括： 数据获取及预处理模块， 分别获取待测零件扫描点云集合P以及待测零件对应的标准 模型Q， 并对所述扫描点云集 合P进行预处理得到点云集 合Pt； 初始配准模块， 将点云集 合Pt与标准模型Q进行初始配准； 点云划分及匹配点对构建模块， 根据零件表面所具有的几何特征将扫描点云集合Pt划 分成基础部分P0与几何特征部分P1～Pn， 并构建基础部分和几何特征部分中各点与标准模 型Q中各点的匹配点对； 其中基础部分为非几何特征部分， n为零件表面所具有的几何特征 数量； 第一变换参数计算模块， 利用基础部分和几何特征部分对应的匹配点对， 计算协方差 矩阵并进行奇异值分解， 分别计算得到P0～Pn对应的变换参数 R为旋转矩阵， T为平 移矩阵； 第二变换参数计算模块， 根据零件表面具有的几何特征及其点云数据占比， 为基础部 分和几何特征部分分配不同的权重θk， 并计算总体变换参数 利用总体 变换参数v变换待测零件的扫描点云； 终止条件判断及输出模块， 用于判断是否满足迭代终止条件， 若满足则输出配准结果。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 包括： 存储器， 用于存 储计算机软件程序； 处理器， 用于读取并执行所述计算机软件程序， 进而实现权利要求1 ‑8任一项所述的一 种用于零件表面质量检测的点云配准方法。 10.一种非暂态计算机可读存储介质， 其特征在于， 所述存储介质中存储有用于实现权 利要求1‑7任一项所述的一种用于零件表面质量检测的点云配准方法的计算机软件程序。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114663373 A 3