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基于改进FPFH的栅极件点云匹配方法

张汝枭 方宇 杨皓 杭观荣 陶翰中 宁业衍

张汝枭, 方宇, 杨皓, 杭观荣, 陶翰中, 宁业衍. 基于改进FPFH的栅极件点云匹配方法[J]. 上海工程技术大学学报, 2023, 37(4): 414-419. doi: 10.12299/jsues.21-0086
引用本文: 张汝枭, 方宇, 杨皓, 杭观荣, 陶翰中, 宁业衍. 基于改进FPFH的栅极件点云匹配方法[J]. 上海工程技术大学学报, 2023, 37(4): 414-419. doi: 10.12299/jsues.21-0086
ZHANG Ruxiao, FANG Yu, YANG Hao, HANG Guanrong, TAO Hanzhong, NING Yeyan. Registration method for grid point cloud based on improved FPFH[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2023, 37(4): 414-419. doi: 10.12299/jsues.21-0086
Citation: ZHANG Ruxiao, FANG Yu, YANG Hao, HANG Guanrong, TAO Hanzhong, NING Yeyan. Registration method for grid point cloud based on improved FPFH[J]. Journal of Shanghai University of Engineering Science, 2023, 37(4): 414-419. doi: 10.12299/jsues.21-0086

基于改进FPFH的栅极件点云匹配方法

doi: 10.12299/jsues.21-0086
基金项目: 上海市松江区科技攻关项目资助(20SJKJGG08C)
详细信息
    作者简介:

    张汝枭(1995−),男,硕士,研究方向为精密检测技术. E-mail:13916539503@163.com

    通讯作者:

    方 宇(1974−),男,教授,博士,研究方向为智能装备与精密检测技术. E-mail:fangyu_hit@126.com

  • 中图分类号: TP391.4

Registration method for grid point cloud based on improved FPFH

  • 摘要: 针对栅极件点云的匹配问题,提出一种改进的快速点特征直方图(Fast Point Feature Histogram,FPFH)描述子. 在FPFH基础上增加邻域密度作为点特征的描述,并在使用k维树(k-dimensional tree,k-d tree)算法搜索对应点时将巴氏距离作为指标. 仿真过程中,将该方法与传统FPFH的匹配效果进行比较. 搭建试验装置采集栅极件表面点云数据,并利用改进的FPFH算法和经典的迭代最近点算法(Iterative Closest Point,ICP)进行匹配. 试验结果表明,匹配后的点云尺寸精度在1 μm级别,栅孔误差范围在 ±(20~40) μm内,理论上满足了栅极件测量精度要求.
  • 图  1  栅极件三维模型

    Figure  1.  Three-dimensional model of grid

    图  2  栅孔尺寸测量方案示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of grid hole measurement scheme

    图  3  法线偏角示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of normal deflection angle

    图  4  FPFH关系网络

    Figure  4.  Relation network of FPFH

    图  5  Ps邻域密度示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of neighborhood density of point Ps

    图  6  FPFH与改进方法匹配效果比较

    Figure  6.  Comparison of registration effect between FPFH and improved FPFH

    图  7  试验装置

    Figure  7.  Test device

    图  8  屏栅分段扫描预处理结果

    Figure  8.  Processing result of screen grid segment scanning

    图  9  屏栅点云数据拼接效果

    Figure  9.  Stitch effect of screen grid point cloud data

    图  10  被测量的栅孔位置

    Figure  10.  Positions of measured grid holes

    表  1  匹配误差

    Table  1.   Error of registration

    栅极件特征值FPFH改进FPFH
    Bunny et/mm 20.86 5.24
    er/(°) X 86.50 0.82
    Y 86.75 0.80
    Z 1.67 0.34
    Dragon et/mm 24.56 8.32
    er /(°) X 39.63 0.61
    Y 9.74 1.05
    Z 2.66 0.41
    Hippo et/mm 13.04 2.42
    er /(°) X 43.07 0.22
    Y 0.74 0.16
    Z 1.06 0.15
    Chair et /mm 27.05 3.90
    er /(°) X 0.18 0.27
    Y 0.83 0.23
    Z 0.16 0.14
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    表  2  尺寸误差比较

    Table  2.   Dimensional error comparison

    测量对象理论值/mm测量值/mm误差/%
    屏栅直径8079.985−0.019
    栅孔A直径22.0371.850
    栅孔B直径22.0301.500
    栅孔C直径22.0170.850
    栅孔D直径22.0120.600
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-19
  • 刊出日期:  2023-12-30

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