一种点云的坐标构造方法与流程

本申请涉及测量技术领域，特别是一种点云的坐标构造方法。

背景技术：

飞机气动外形、结构内形和运动交点的制造精度是飞机制造最重要的控制要素。按照有限离散的思想，气动外形、结构内形和运动交点都离散成大量的点，即点云。因此，点云的坐标精度成了评判飞机制造质量的依据。

点云作为一组具有空间位置关系的点的集合，点云的坐标是通过坐标测量设备获得的，但是坐标测量设备所获得的点云坐标是相对于设备坐标系而言的，这些坐标系随着设备的变化而变化，点云坐标也随之变化，而这在飞机制造中不利于数据的使用、传递和管理，也影响点云的坐标精度。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本申请公开了一种依据点云自身来确定点云坐标系及构造点云在点云坐标系下的坐标值的方法，达到点云与点云坐标系的固化，点云坐标不随测量设备变化而变化，提高点云的坐标构造精度。

一种点云的坐标构造方法，点云含有大量的点，通过坐标测量设备获得点云相对于设备坐标系r坐标系的坐标，构造点云相对于点云坐标系c坐标系的方法，包含以下步骤：

(1)通过坐标测量设备获得点云相对于设备坐标系r坐标系的齐次坐标：

(2)构造点云坐标系c坐标系原点c0在设备坐标系r坐标系的齐次坐标：

(3)构造点云坐标系c坐标系的oxy平面，包含以下分步：

(3-1)以点云坐标系c坐标系原点c0为起点,以点云的其它点为指向,构造点云中所有点的向量：

(3-2)计算所有向量两两之间向量积的模量：

(3-3)选取模量最大的一组，假设模量最大的一组的两个向量分别为：和其中i,j∈[1n](i≠j,i<j)；

(3-4)点云坐标系c坐标系的oxy平面由原点c0、点i和点j三点构成。

(4)比较向量和的模量，以模量较大的向量(假设为)为点云坐标系c坐标系的x轴，x轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(5)将向量和按右手法则进行向量积运算：将向量标定为点云坐标系c坐标系的z轴，z轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(6)将向量和按右手法则进行向量积运算：将向量标定为点云坐标系c坐标系的y轴，y轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(7)点云坐标系c坐标系相对于设备坐标系r坐标系的转换关系t由如下表达式标定：

(8)点云相对于点云坐标系c坐标系的坐标值由如下表达式构造：

设备坐标系r坐标系可以是直角坐标系，也可以是斜角坐标系；点云坐标系c坐标系是直角坐标系。

本申请的点云的坐标构造方法解决了以下关键问题：

(1)完全立足点云本身，构造了点云坐标系。

(2)点云和点云坐标系一一对应，固化了两者的关系，即点云可以构造出唯一的点云坐标系，而点云坐标系也唯一的确定了点云的坐标。

(3)有利于点云及其坐标数据的使用、传递和管理。

(4)提高了点云的坐标构造精度。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述：

附图说明

图1是点云及点云坐标系构造示意图

图中编号说明：1坐标测量设备、2点云

具体实施方式

如图所示，右侧的点云2是某刚性物体上的测量点，将物体轮廓隐藏，只显示出所有的测量点。左侧是一台坐标测量设备1，通常用到的坐标测量设备1有激光跟踪仪、激光雷达等。

首先，将坐标测量设备1稳定地置于地面或者平台上，通过坐标测量设备1对点云2中的每个点进行测量，获得点云2相对于设备坐标系r坐标系的坐标，构造点云2相对于点云坐标系c坐标系的方法，包含以下步骤：

(1)通过坐标测量设备1获得点云2相对于设备坐标系r坐标系的齐次坐标：

(2)构造点云坐标系c坐标系原点c0在设备坐标系r坐标系的齐次坐标：

(3)构造点云坐标系c坐标系的oxy平面，包含以下分步：

(3-1)以点云坐标系c坐标系原点c0为起点,以点云2的其它点为指向,构造点云2中所有点的向量：

(3-2)计算所有向量两两之间向量积的模量：

(3-3)选取模量最大的一组，假设模量最大的一组的两个向量分别为：和其中i,j∈[1n](i≠j,i<j)；

(3-4)点云坐标系c坐标系的oxy平面由原点c0、点i和点j三点构成。

(4)比较向量和的模量，以模量较大的向量(假设为)为点云坐标系c坐标系的x轴，x轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(5)将向量和按右手法则进行向量积运算：将向量标定为点云坐标系c坐标系的z轴，z轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(6)将向量和按右手法则进行向量积运算：将向量标定为点云坐标系c坐标系的y轴，y轴在设备坐标系r坐标系的向量的坐标表达式为：

(7)点云坐标系c坐标系相对于设备坐标系r坐标系的转换关系t由如下表达式标定：

(8)点云相对于点云坐标系c坐标系的坐标值由如下表达式构造：

设备坐标系r坐标系可以是直角坐标系,也可以是斜角坐标系；2点云坐标系c坐标系是直角坐标系。

本申请的点云坐标构造方法解决了以下关键问题：

(1)完全立足点云2本身，构造了点云坐标系。

(2)点云2和点云坐标系一一对应，固化了两者的关系，即点云可以构造出唯一的点云坐标系，而点云坐标系也唯一的确定了点云的坐标。

(3)有利于点云2及其坐标数据的使用、传递和管理。

(4)提高了点云的坐标构造精度。