計算方法采用7參數坐標變換法。由于點云不存在扭曲和縮放,因此點云坐標轉換為剛體變換,縮放因子為1,其他6參數包括3個角度轉換量、3個坐標平移量。
設兩個測站點云集合P={pi}, Q={qi},i=1,雷頓三坐標搬遷,2,···,N,以式(1) 為目標函數采用下限值二乘法計算得到R和T的解答,使得f(R,T) 達到下限
式中,R表示旋轉矩陣;T表示平移矩陣。
2.2基于面的ICP準確匹配
為了解決ICP算法效率問題,提高算法準確度,首先對點云按下列步驟進行預處理:
(1)對測站點云包圍盒按某初始邊長均勻劃分為立方體柵格。
(2)遍歷每一個立方體柵格,將其內的點云采用下限值二乘法擬合成平面。
(3)若擬合的平面的標準偏差小于閾值,雷頓三坐標改造,則對立方體柵格內的點云計算重心點,記錄重心點的坐標和所擬合平面的法向量。
(4)否則,立方體柵格內的點云的點個數大于閾值,且立方體柵格邊長大于規定曉得邊長,則將該立方體柵格繼續均勻細分為8個小立方體柵格,重復步驟(2)。
(5)全部立方體柵格處理完畢,產生了由含平面法向量的重心點構成的新點集。
首先按照初始邊長為1m劃分立體空間塊,按照上述步驟對各測站內點云進行預處理,設定方塊平面擬合標準偏差閾值為2cm,方塊內少點個數設為100,貴陽雷頓三坐標,下限邊設為20cm。
在粗拼接提供了初始配準矩陣的前提下,對預處理后的點云采用點到切平面的ICP算法[13]進行測塊內多站自動準確拼接。設經上述處理后兩測站新點集為P'、Q',則目標函數為式(2),求R'和T'的解答,使得f(R',T') 達到下限
式中,R'為旋轉矩陣;T'為平移矩陣;qi為Q'中的點;pi為P'中的點;Hpi為pi對應的切平面;D(R'qi+T',Hpi)為點qi到切平面Hqi的距離。
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1) 力變形誤差
在實際的坐標測量中,雖然各個部件具有較高的剛性,但力變形是不可避免的。
2) 溫度誤差
溫度誤差又稱為熱誤差或熱變形誤差,它不是溫度本身的誤差,而是由于溫度因素而引起的幾何參數的測量誤差。形成溫度誤差的主要因素是被測物體和測量儀器的溫度偏離20℃或被測物體的尺寸和儀器的性能隨溫度變化。誤差修正分為實時修正和非實時修正。由于系統誤差不便進行實時修正,在實踐中常常只對溫度誤差進行實時修正。橫臂梁式三坐標測量機的穩定誤差可表示為:
?l=l(αp-αs)?t式中:
αp,雷頓三坐標維修,αs被測工件及橫臂梁材料的線膨脹系數,1/℃ ?t橫臂梁材料相對于標準溫度(20℃)的偏差, l橫臂梁長度。
3) 探測誤差
三坐標測頭的探測誤差是影響測量不確定度的重要因素,不同的測頭探測誤差也不同,一般包括瞄準誤差、測端等效直徑的影響、各向異性、附件誤差等。
4) 動態誤差
動態誤差必然存在于動態測量中,對其研究起步較晚且過程復雜,是近年來的研究熱點。動態誤差一般分為兩類:一類是由組成系統的各部分元件本身的靜態和動態誤差性能不理想而引起的動態誤差,另一類是由系統內外各種干擾引起的動態誤差。
5) 幾何誤差
三坐標測量機由相互垂直的3個軸組成,各軸由滑塊-導軌系統實現直線運動。由于制造偏差,滑塊在軸向有定位誤差,在另兩個方向上有直線度誤差及3個方向的角擺誤差。又由于裝配等因素造成3個軸之間存在垂直度誤差,三坐標測量機共有21項幾何誤差。
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