基于RANSAC的圆拟合算法在螺纹孔检测中的应用

在视觉检测过程中,针对多残缺、多噪声圆周的拟合精度不佳的问题,提出了一种基于RANSAC的圆拟合算法。首先对图像进行边缘检测,使用基于Scharr算子的Canny算法可获得高质量的边缘分布图;使用霍夫梯度法在边缘分布图中对目标圆弧进行粗定位,并提取包含目标圆弧的点集;提取到的点集中含有大量无关边缘像素点,使用RANSAC算法剔除点集中的异常数据,得到有效样本数据构成的待拟合圆周点集;最后采用LIN算法对待拟合圆周点集进行拟合,得出最终的拟合结果。算法在椒盐噪声和曲线噪声抗干扰实验中表现优异,有着较强的抗干扰能力。已经成功应用到了螺纹孔圆周的拟合,精度和实时性均可满足实际生产要求。

基于投影变换和空间圆拟合的排水管道管径测量系统应用研究

在复杂环境下地下排水管道管径获取难度大,传统方法获取准确度低,为此,设计出一套新型管径测量系统,该系统充分利用地下管道自身特性,采用独特的结构设计,利用投影变换理论有效补偿管径测量畸变误差,结合基于RANSAC算法的最小二乘空间圆拟合算法对测量数据过滤和拟合,获取准确的管径值并对拟合结果的可靠性进行评价。通过在实际管线测量中的应用,表明该管径测量系统在地下排水管道管径测量中具有实用性强、效率高、准确度高的的优势。

散乱点云的圆柱提取和拟合

圆柱拟合在工业测量中有广泛的应用。基于传统算法的圆柱拟合的缺点包括缺少对初始点云的预处理、需要进行迭代计算、需要手动调节参数等,提出无迭代的圆柱拟合方法。对初始点云进行去噪和降采样,再利用区域生长方法得到拟合需要的数据。在进行圆柱拟合的过程中,通过旋转和投影变换,将三维问题转换为平面问题,基于最小二乘原理,求得圆柱参数。将该方法与传统方法在圆度方面进行对比,该方法在保持高精度的同时避免了迭代计算带来的局部最小陷阱。

基于Gauss-Newton迭代法的拟合圆柱面方法研究

针对圆柱面拟合参数求解问题,本文从圆柱面方程出发,基于Gauss-Newton迭代法进行了圆柱面参数的拟合。该方法首先用线性化方法和旋转矩阵估算初值,然后采用Gauss-Newton迭代法进行参数精确计算,经数据验证,该方法迭代收敛较快,仅需数步就可得到精确解,避免了直接使用迭代方法可能造成的迭代不能收敛问题。

基于投影圆度和遗传算法的空间圆柱面拟合方法

针对空间圆柱面拟合非线性强、鲁棒性差和稳定性弱的问题,提出基于投影圆度和遗传算法的空间圆柱面拟合方法。首先,通过坐标变换计算圆柱面在平面上的投影圆度。然后,借助遗传算法的全局寻优特性快速搜索最优投影圆度所在平面的法向量,进而利用平面投影计算空间圆柱面的半径及轴线方程。最后,利用坐标逆变换得到原始坐标下的空间圆柱面特征参数。由于空间圆柱面投影圆度只与投影平面法向量的方向角有关,因此只须合理设置法向量方向角的取值范围,即可使得解空间覆盖所有位姿的空间圆柱面。另外,遗传算法具有良好的全局寻优性和收敛性,在空间圆柱面拟合这类多变量非线性寻优问题中能够取得良好的效果。仿真实验和实际应用表明,相对于传统拟合方法,基于投影圆度和遗传算法的空间圆柱面拟合方法具有无须预估初值、鲁棒性强、拟合精度高和稳定性好等优点,是实现任意位姿空间圆柱面拟合的有效方法。

圆柱面拟合方法研究

在工业测量中,为了对建筑物的圆柱面进行检测和修复,需要精确拟合圆柱面并对拟合结果进行分析和表达。文中选择几何模型、坐标变换、遗传算法3种圆柱面拟合方法进行实验,选取初值依赖程度、拟合的残差、圆度3个参数进行比较分析,通过实测数据的实验表明,3种算法的复杂度虽然不同,但经过合理的预处理都可以得到满足工程需求的结果。

逆向工程椭圆柱构件的拟合计算

提出一种基于逆向工程原理的拟合椭圆柱构件的方法:使用电子全站仪采集椭圆柱形工业构件表面的离散点坐标,通过拟合椭圆柱底面获取法向量,从而进行坐标转换,将空间任意位置的椭圆柱转换为标准形式,将椭圆柱的拟合问题转换为椭圆的拟合问题。并用工程实例证明了该方法的可行性。

圆柱体的拟合与质量检测

为检测空间圆柱体的位置和形态变化,利用无反射电子全站仪观测圆柱体外表面上均匀分布的若干点位,将不同测站上观测的点位坐标通过公共点归算到同一坐标系下,根据观测点的三维坐标,选择合适的方法拟合出圆柱体的空间位置参数和形状参数。本文介绍一种基于最小二乘原理的空间圆柱体拟合方法,详细阐述圆柱体质量检测的原理与计算过程,并通过算例验证了该圆柱体拟合方法的正确性与可靠性,以及质量检测方法的可行性。

基于坐标转换的三维空间圆柱面拟合

从坐标转换的角度进行三维空间圆柱面的拟合,过程中灵活选取参数值,不仅达到了减少参数的目的,而且精度没有损失,且能将测量坐标转换到圆柱标准坐标系下。通过实例计算结果和基于遗传算法的方法比较,发现二者精度相同,验证了该方法的正确性和有效性。最后对标准三维圆柱坐标在平面显示,这样有助于对圆柱的后续处理,具有很好的实用价值。

一种深度图像拟合圆柱的优化方法

圆柱状构件广泛存在于古建筑仿真中,为了提高古建筑深度图像圆柱拟合的精度,针对古建筑仿真3维建模的特点,提出基于高斯图获取圆柱拟合参数初始值,然后利用圆柱距离函数参数化法进行非线性最小二乘拟合的圆柱拟合方法。实验证明,该方法不仅具有较高的精度,而且拟合结果稳定可靠。

基于角度投影法的稀疏点云圆柱面拟合

在孔轴类零件测量中,针对关节臂式坐标测量机获得稀疏点云去进行圆柱拟合时,存在多义性的问题,提出了一种角度投影查找圆柱拟合初值的方法。首先计算点云重心与测量点的角度来确定投影范围,然后在该范围上进行点云投影,通过投影的圆度计算来查找出最佳的投影方向,将该方向作为圆柱的轴向初值代入误差方程进行迭代计算,拟合最佳圆柱。实验结果表明该算法拟合收敛性好、精度高。

投影圆度判别法的圆柱拟合

在海洋钢结构测量中,经常需要精确测量计算圆柱的轴线位置状态。但圆柱的拟合对初值要求很高,只有初值接近真实值才能准确拟合圆柱。鉴于此,文中提出了一种新方法,无需测量大量圆柱表面点数据,只要测量圆柱表面几点三维坐标,利用投影法判断圆度就可以找到比较准确的初值。这样圆柱的拟合成功率就得到大大的提高。

基于RANSAC的空间圆拟合算法及其在机械手运动检测中的应用

为了实现对水下机械手运动范围的检测,研发了一套多目立体视觉测量系统。通过测量机械手末端空间运动轨迹,利用空间圆拟合算法可计算出被测关节的实际运动范围。对其中的核心算法空间圆拟合进行了研究。首先空间圆可看作是由一个平面与球体相交而成,其圆心必定在球体上任意两点连线的中垂面上,可基于空间向量的拟合方法推导出中垂面的方程,与拟合的空间平面联立即可求出空间圆方程,进而利用拟合出来的空间圆的圆心坐标求出圆半径。然后对实际测量过程中的错误跟踪点进行了分析,如果在空间圆拟合的过程中对错误跟踪点不加以去除,则会带来错误的拟合结果,从而会大大影响测量结果的正确性。最后提出了基于RANSAC(Random Sample Consensus)的空间圆拟合算法,它可以从一组包含错误点的测量数据集中通过迭代方式有效剔除粗大误差点,从而估计出数学模型的参数和正确的拟合结果。仿真测试及实际测量实验的结果表明,当粗大误差点所占总测量点数的比例小于20%时,所提出的算法可有效地剔除所有粗大误差点,很好地解决了机械手运动范围检测系统在实际工程应用中所遇到的问题。

基于圆柱多段拟合的隧道中轴线提取方法研究

提出基于圆柱多段拟合的隧道中轴线提取方法。首先对隧道点云数据进行预处理,并将点云按隧道走向分成不同区段;然后对各区段依据轴线与表面点云法线垂直关系,提取精度较低的中轴线;最后对各区段利用圆柱多段拟合,提取精度较高的中轴线。实验表明,隧道中轴线的提取在一定的采样区间具有较高的稳定性,对直线和弯曲的圆形隧道有良好的适用性,算法可靠,精度较高。

一种空间圆柱面拟合计算方法

针对工业测量和检测中常常遇到的小角度圆柱面局部范围点云数据的拟合问题,提出一种通过三点共线确定圆柱轴线方向的圆柱初值查找算法,可实现初值的自动查找。通过将初值查找算法得出的初值赋予拟合算法,可以得到包括圆柱面局部点云数据情形在内的多种情形下的圆柱面拟合结果。实验结果验证了该算法的可行性和正确性。

融入几何先验的圆柱表面三维应变场双目视觉测量方法

针对现有基于双目视觉的圆柱表面三维应变场测量方法从位移场计算应变场效率低下的问题,将圆柱结构几何先验信息融入子域投影法理论,利用圆柱标准坐标变换替代大量冗余的局部切平面最小二乘拟合求解,提出了一种融合圆柱拟合和子域投影的表面三维应变场计算方法;然后采用数值模拟方式,在不同应变区域和位移场噪声条件下,将所提方法与一般曲面子域投影法进行对比分析;最后开展圆柱拉伸实验,分别从单点和全场两个角度将所提方法的应变计算结果与应变片测量结果进行了对比。研究结果表明:在保证计算精度和位移场噪声鲁棒性的同时,所提方法将计算效率提高了约20%,且与应变片实验测量结果吻合较好,验证了该方法能够实现圆柱结构表面三维应变场的高效测量,也为规则结构表面三维应变场的计算提供了新思路。

基于RANSAC算法的稳健点云平面拟合方法

针对点云平面拟合中存在粗差及异常值等问题,对结合特征值法的随机抽样一致性(random sample consensus,RANSAC)平面拟合算法进行了改进。该方法以RANSAC算法为基础,结合特征值法,利用点到平面模型距离的标准偏差来自动选取阈值t,通过阈值t检测并剔除异常数据点,达到获得理想平面拟合参数的目的。用改进的算法和传统的特征值法分别对点云数据进行处理,结果表明,改进的算法适用于存在误差和异常值的点云数据拟合,能稳定地获得较好的平面参数估值,具有较强的鲁棒性。

基于稳健加权总体最小二乘的点云数据圆柱面拟合

在测量中,为了对建(构)筑物的圆柱面点云数据进行建模或检测,需要精确拟合圆柱面并对拟合结果进行分析、表达。针对传统圆柱面点云数据拟合方法未考虑粗差存在和系数矩阵含有误差,导致圆柱面拟合结果不够精确的问题,提出了可自适应调整权阵的稳健加权总体最小二乘算法计算拟合参数。该算法在考虑全部观测值误差的基础上,通过激光点到圆柱面的距离确定各点的权重,以3倍标准差剔除粗差,经迭代计算最终得到稳健的拟合结果。经工程实例计算,证明该算法能有效克服粗差的影响,得到准确可靠的拟合参数估值,拟合效果优于传统拟合算法。

基于动态圆柱拟合的背包激光雷达单木骨架曲线提取

【目的】为了精确构建树木的三维模型,基于背包激光扫描(Backpack laser scanning,BLS)系统获取的单木点云数据,提出了一种动态圆柱拟合方法提取树木真实的骨架曲线。【方法】以广西壮族自治区南宁市高峰林场为研究区。从样地点云数据中分离出单棵杉木点云,对其地面点与树叶点进行滤波处理,得到单木枝干点云。根据树木单枝近似圆柱特性,提出动态圆柱拟合算法,将单木枝干点云分割成大量单枝点云,并对单枝点云进行优化。分别对优化后单枝点云的XYZ坐标进行主成分分析,计算其特征值,最大特征值所对应的特征向量即为主方向。基于体元逐层聚类,沿主方向进行骨架点的提取,并利用3次B样条曲线对单枝骨架点进行平滑处理以获取单枝骨架曲线。利用同向向量近邻点搜索方法确定单枝骨架曲线连接点,实现骨架曲线拼接,从而实现完整单木骨架曲线的提取。【结果】对样地单株杉木进行骨架曲线提取,设置3种动态圆柱递减参数δ。递减参数为0.3 cm时,点云利用率为95.04%,处理时间为515.05 s;递减参数为0.5 cm时,点云利用率为92.70%,处理时长为369.34 s;递减参数为0.8 cm时,点云利用率79.70%,处理时长为349.35 s。参数为0.3 cm时,点云利用率最高,能够非常完整的提取骨架曲线;参数为0.5 cm时,点云利用率可以满足骨架曲线的提取,并且算法运行时间相比于参数0.3 cm时降低了28.29%;参数为0.8 cm时,部分单枝存在缺失现象,无法满足骨架曲线提取要求。【结论】将递减参数设置为0.5 cm,利用动态圆柱拟合方法提取背包激光扫描单木点云的骨架曲线能够表征单木的几何、拓扑结构。

稀疏点测量航空导管的圆柱拟合算法研究

航空导管是航空管路系统的重要组成部分,为保证导管质量需要对导管进行测量获得其几何参数。为获得导管几何参数需要对测量点进行空间圆柱拟合。目前已有的圆柱拟合算法需要稠密的点云,有时受限于测量时间和环境只能获得稀疏的测量点,过少的测量点影响了圆柱拟合的精度,无法准确获得导管几何参数。针对这一问题,提出一种通过计算点云投影点的圆度来选取圆柱拟合时的初值的圆柱拟合算法。算法首先将采集的点云分别投影到以各个单位向量为法向量的平面上,将投影点拟合成圆,计算其圆度;然后将圆度最好的一组单位向量作为拟合圆柱轴向的初始向量,对应投影圆的圆心坐标和半径作为圆柱轴心和圆柱半径的初始值;最后利用梯度下降法对圆柱进行拟合。实验结果验证了该算法不需要大量的测量数据就可以较为准确地拟合圆柱,可以用于航空导管几何参数获取。