专利名称：基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法
技术领域：
本发明涉及一种基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，属于空间目标电磁散射特性研究领域。
背景技术：
现有技术中，对于空间目标电磁散射特性的计算，首先需要获取目标外表面三维几何数据，但很多时候则往往没有目标CAD图纸，而只有目标实体模型。因此只能通过测绘的方法来获取目标外表面三维几何数据，既费时又费力。特别是对于目标本体结构上包覆的多层热控薄膜材料，由于材料表面有较小的起伏状，更加难以得到其精确的外表面数据。由李丰，惠延波等人发表的论文《基于逆向工程的汽车覆盖件模型重构方法研究》刊登在2010年第02 (2)期的《机械设计与制造》上，该论文介绍了采用扫描仪3DSS得到 点云数据，针对不同汽车覆盖件的特点，阐述了模型重构的方法，但并未发表关于对空间目标及包覆层材料表面外表面数据的获取方法。而由刘修国，王红平等人发表的论文《基于激光扫描技术的三维模型重建》刊登在2011年第08 (10)期的《激光与光电子学进展》上，该论文中介绍了采用三维激光扫描系统获取点云数据，得到了利用点云数据构建三维模型的技术、方法和流程，但同样也并未发表关于对空间目标及包覆层材料表面外表面数据的获取方法。综上所述，提出一种对空间目标及包覆层材料表面外表面数据精确获取的系统和方法是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，米用手持式自定位三维激光扫描头对目标外表面进行扫描，建立空间目标外表面几何模型的速度快且精度高。为实现上述目的，本发明提供一种基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，具体包含以下步骤
步骤I、在目标外表面粘贴磁力定位块及若干磁性定位点，用于对目标外表面数据的空间位置关系进行定位；
步骤2、采用激光扫描头对粘贴有磁力定位块和磁性定位点的目标外表面扫描以获取目标外表面的原始数据；
步骤3、将由激光扫描头获取的目标外表面原始数据传输至数据处理装置中；
步骤4、数据处理装置对所接收到的目标外表面的压缩格式数据进行分析处理，以建立空间目标外表面的几何模型。在所述步骤I和步骤2之间，还包含将激光扫描头对准一精度校准板进行校准的步骤。步骤I中，所述磁力定位块为十字磁力定位块；所述磁性定位点为编码磁性方形定位点。步骤2中，所述激光扫描头采用手持式自定位三维激光扫描头，是获取目标外表面原始数据的输入设备。步骤2中，所述激光扫描头与一电源适配器连接，该电源适配器为激光扫描头提供稳定的直流工作电压。步骤3中，所述激光扫描头连接一数据传输卡，所述数据传输卡通过一数据传输线连接数据处理装置；所述数据传输卡将激光扫描头所获取的目标外表面原始数据转换成压缩格式数据，并通过数据传输线将该些压缩格式数据传输至数据处理装置中。步骤3中，所述数据传输卡为1394数据传输卡；所述数据传输线为1394数据传输线。
步骤4中，具体包含以下步骤
步骤4. I、对目标外表面的压缩格式数据的坐标值进行调整和分块处理，形成目标的横纵截面；
步骤4. 2、在所得到的目标横纵截面中，对于数据方向不一致的截面进行方向上的重新排列，使得每个截面的方向一致；
步骤4. 3、对每个截面进行数据稀疏，即剔出不需要的过密点，提取关键形值点，并将所保存的关键形值点数据输出，获取格式化的面元网格模型，从而建立空间目标外表面的几何模型。本发明所提供的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，应用于空间目标电磁散射特性研究领域，采用手持式自定位三维激光扫描头对目标外表面进行扫描，通过对扫描获取的数据进行分析处理，实现空间目标外表面(包括包覆多层热控薄膜材料的目标外表面)几何数据的获取，建立几何模型。本发明通过与已知目标外表面尺寸进行对比，所建立的空间目标外表面几何模型的精度能够达到O. Imm ;并且几何模型的建立速度也相当快，同时保证了精度和速度。本发明解决了计算电磁学技术中对目标几何建模的需要，也可推广适用于任意复杂目标外表面高精度几何数据的获取，该方法的应用为快速获取复杂目标几何外表面数据提供了新途径，具有良好的应用前景。
具体实施例方式以下详细说明本发明的一个优选实施例。本发明所提供的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，具体包含以下步骤
步骤I、在目标外表面粘贴磁力定位块及若干磁性定位点，用于对目标外表面数据的空间位置关系进行定位；
其中，所述磁力定位块为十字磁力定位块；所述磁性定位点为编码磁性方形定位点； 所述编码磁性方形定位点的具体粘贴数目按照目标的实际大小决定。步骤2、采用激光扫描头对粘贴有磁力定位块和磁性定位点的目标外表面扫描以获取目标外表面的原始数据；
在激光扫描头正式对目标外表面扫描之前，将该激光扫描头对准一独立的精度校准板进行校准，以保证后续对目标外表面扫描所获得数据的准确度。所述激光扫描头采用手持式自定位三维激光扫描头，是获取目标外表面原始数据的输入设备；
所述激光扫描头与一电源适配器连接，该电源适配器为激光扫描头提供稳定的直流工作电压。步骤3、将由激光 扫描头获取的目标外表面原始数据传输至数据处理装置中； 所述激光扫描头连接一数据传输卡，所述数据传输卡通过一数据传输线连接数据处理
装置；所述数据传输卡将激光扫描头所获取的目标外表面原始数据转换成压缩格式数据，并通过数据传输线将该些压缩格式数据传输至数据处理装置中；
所述数据传输卡为1394数据传输卡，所述数据传输线为1394数据传输线，是IEEE标准化组织制定的一项具有视频数据传输速度的串行接口标准。步骤4、数据处理装置对所接收到的目标外表面的压缩格式数据进行分析处理，以建立空间目标外表面的几何模型；具体包含以下步骤
步骤4. I、对目标外表面的压缩格式数据的坐标值进行调整和分块处理，形成目标的横纵截面；
步骤4. 2、在所得到的目标横纵截面中，对于数据方向不一致的截面进行方向上的重新排列，使得每个截面的方向一致；
步骤4. 3、对每个截面进行数据稀疏，即剔出不需要的过密点，提取关键形值点，并将所保存的关键形值点数据输出，获取格式化的面元网格模型，从而建立空间目标外表面的几何模型。本发明中所提到的空间目标主要由本体、太阳能帆板、对接环以及喇叭等组成。在所述空间目标本体结构上包裹有多层的热控薄膜材料，这些薄膜表面在大尺度上比较平整，但在某些局部位置上有一些较小的起伏。通过本发明所提供的方法，对该包覆层样本进行局部外形扫描，能够获取包覆层样本局部的高度起伏外形，该包覆层外表面起伏高度分部近似满足高斯分布，对应的均方根为3. Imm,最大起伏为16. 5mm,能够高精度的还原目标外表面。本发明所提供的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，应用于空间目标电磁散射特性研究领域，采用手持式自定位三维激光扫描头对目标外表面进行扫描，通过对扫描获取的数据进行分析处理，实现空间目标外表面(包括包覆多层热控薄膜材料的目标外表面)几何数据的获取，建立几何模型。本发明通过与已知目标外表面尺寸进行对比，所建立的空间目标外表面几何模型的精度能够达到O. Imm ;并且几何模型的建立速度也相当快，例如对于5米长的空间目标模型，扫描目标约60分钟，数据处理约30分钟，总获取空间目标三维数据(即建立几何模型)的时间约90分钟，同时保证了精度和速度。本发明解决了计算电磁学技术中对目标几何建模的需要，也可推广适用于任意复杂目标外表面高精度几何数据的获取，该方法的应用为快速获取复杂目标几何外表面数据提供了新途径，具有良好的应用前景。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，包含以下步骤 步骤I、在目标外表面粘贴磁力定位块及若干磁性定位点，用于对目标外表面数据的空间位置关系进行定位； 步骤2、采用激光扫描头对粘贴有磁力定位块和磁性定位点的目标外表面扫描以获取目标外表面的原始数据； 步骤3、将由激光扫描头获取的目标外表面原始数据传输至数据处理装置中； 步骤4、数据处理装置对所接收到的目标外表面的压缩格式数据进行分析处理，以建立空间目标外表面的几何模型。
2.如权利要求I所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，在所述步骤I和步骤2之间，还包含将所述激光扫描头对准一精度校准板进行校准的步骤。
3.如权利要求I所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤I中，所述磁力定位块为十字磁力定位块；所述磁性定位点为编码磁性方形定位点。
4.如权利要求I所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤2中，所述激光扫描头采用手持式自定位三维激光扫描头，是获取目标外表面原始数据的输入设备。
5.如权利要求4所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤2中，所述激光扫描头与一电源适配器连接，该电源适配器为激光扫描头提供稳定的直流工作电压。
6.如权利要求4所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤3中，所述激光扫描头连接一数据传输卡，所述数据传输卡通过一数据传输线连接数据处理装置； 所述数据传输卡将激光扫描头所获取的目标外表面原始数据转换成压缩格式数据，并通过数据传输线将该些压缩格式数据传输至数据处理装置中。
7.如权利要求6所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤3中，所述数据传输卡为1394数据传输卡；所述数据传输线为1394数据传输线。
8.如权利要求6所述的基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，其特征在于，步骤4中，具体包含以下步骤 步骤4. I、对目标外表面的压缩格式数据的坐标值进行调整和分块处理，形成目标的横纵截面； 步骤4. 2、在所得到的目标横纵截面中，对于数据方向不一致的截面进行方向上的重新排列，使得每个截面的方向一致； 步骤4. 3、对每个截面进行数据稀疏，即剔出不需要的过密点，提取关键形值点，并将所保存的关键形值点数据输出，获取格式化的面元网格模型，从而建立空间目标外表面的几何模型。
全文摘要
本发明涉及一种基于高精度扫描建立空间目标外表面几何模型的方法，应用于空间目标电磁散射特性研究领域，采用手持式自定位三维激光扫描头对目标外表面进行扫描，通过对扫描获取的数据进行分析处理，实现空间目标外表面(包括包覆多层热控薄膜材料的目标外表面)几何数据的获取，建立几何模型。采用本发明方法所建立的空间目标外表面几何模型，精度高，速度快，并且适用于任意复杂目标外表面高精度几何数据的获取。
文档编号G06T17/00GK102968820SQ20121051029
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月4日 优先权日2012年12月4日
发明者顾俊, 张元 , 童广德 申请人:上海无线电设备研究所