本發(fā)明涉及位姿測(cè)量，具體地，涉及一種管路端頭空間位姿的測(cè)量方法及系統(tǒng)及顯示裝置。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)蓬勃發(fā)展的進(jìn)程中，諸多關(guān)鍵領(lǐng)域如航空航天、汽車制造、石油化工以及船舶制造等，都高度依賴管路系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。管路系統(tǒng)的精準(zhǔn)安裝是確保整體設(shè)備性能、安全性與可靠性的核心要素，其重要性不言而喻。以船舶制造行業(yè)為例，船舶管路系的管道長(zhǎng)度普遍較大，規(guī)格種類繁多，空間結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜且排布極為密集。同時(shí)還涉及多樣的材質(zhì)，其管道的參數(shù)，包括長(zhǎng)度、規(guī)格、空間結(jié)構(gòu)及排布、運(yùn)行壓力和介質(zhì)等，均極為復(fù)雜。這就對(duì)管路裝配提出了極高的技術(shù)要求。因此，管路端頭空間位姿的高精度確定顯得尤為關(guān)鍵。精確的空間位姿測(cè)量能夠保證管路裝配時(shí)的端面錯(cuò)對(duì)中值達(dá)到很高的精度，從而有效降低裝配時(shí)施加的應(yīng)力，顯著提高管路密性，進(jìn)而確保管路整體設(shè)備的性能、安全和可靠性。

2、然而，目前對(duì)船舶等復(fù)雜管路進(jìn)行端頭空間位姿測(cè)量時(shí)，采用單一的傳感器測(cè)量裝置，容易受環(huán)境和目標(biāo)特性的限制，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或不完整，測(cè)量精度低；測(cè)量系統(tǒng)的適應(yīng)性較差，針對(duì)不同的管頭需要更換不同的測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量的范圍有限；數(shù)據(jù)分析處理能力也較為薄弱。

3、因此，亟需研發(fā)一種管路系統(tǒng)空間位姿測(cè)量方法和系統(tǒng)，以解決傳統(tǒng)技術(shù)的不足，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)中管路端頭測(cè)量精度存在的問題，本技術(shù)提供一種管路端頭空間位姿的測(cè)量方法及系統(tǒng)。

2、一方面，本技術(shù)提供一種管路端頭空間位姿測(cè)量方法，包括以下步驟：

3、對(duì)所述管路端頭進(jìn)行掃描測(cè)量，以獲取包含所述管路端頭的空間位姿信息，所述空間位姿信息包括三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和/或二維圖像信息；

4、對(duì)所述空間位姿信息進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和/或所述二維圖像信息進(jìn)行濾波去噪處理；

5、自預(yù)處理后的所述空間位姿信息中提取所述管路端頭的特征信息；

6、根據(jù)所述特征信息獲取所述管路端頭的空間位姿。

7、可選地，對(duì)所述管路端頭進(jìn)行掃描前還包括：

8、搭建測(cè)量系統(tǒng)；

9、對(duì)所述管路端頭表面噴涂涂層，所述涂層的厚度介于0.01mm～0.05mm

10、將所述測(cè)量系統(tǒng)固定至管路端頭的待測(cè)區(qū)域；

11、設(shè)定測(cè)量環(huán)境：環(huán)境溫度介于19℃～21℃，環(huán)境濕度介于45％～55％。

12、可選地，若所述空間位姿信息包括所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述二維圖像信息，則所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和所述二維圖像信息為同步獲取的信息，并且時(shí)間同步誤差控制在±0.003s內(nèi)。

13、可選地，根據(jù)所述特征信息獲取所述管路端頭的空間位姿還包括：

14、明確特征點(diǎn)的約束規(guī)則，所述約束規(guī)則包括所述管路端頭特征點(diǎn)之間的距離或角度；

15、確定所述特征點(diǎn)的權(quán)重；

16、根據(jù)所述約束規(guī)則和所述特征點(diǎn)權(quán)重對(duì)所述特征信息進(jìn)行整合；

17、基于信賴域策略加權(quán)最小二乘法來(lái)確定所述管路端頭的空間位姿。

18、可選地，對(duì)所述空間位姿信息進(jìn)行預(yù)處理還包括：

19、基于點(diǎn)云密度和曲率特征混合濾波算法對(duì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理；

20、通過(guò)灰度化、多尺度自適應(yīng)直方圖均衡化、結(jié)合紋理方向增強(qiáng)及深度學(xué)習(xí)降噪對(duì)所述二維圖像信息進(jìn)行降噪處理。

21、可選地，自預(yù)處理后的所述空間位姿信息中提取所述管路端頭的特征信息包括：

22、基于改進(jìn)區(qū)域生長(zhǎng)算法結(jié)合形狀先驗(yàn)知識(shí)庫(kù)方法提取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的所述特征信息；

23、基于多尺度融合canny邊緣檢測(cè)算法結(jié)合深度學(xué)習(xí)特征提取提取所述二維圖像信息中的所述特征信息。

24、本技術(shù)另一方面，提供一種管路端頭空間位姿測(cè)量系統(tǒng)，包括：

25、掃描模塊，用于對(duì)管路端頭進(jìn)行掃描，以獲取包含所述管路端頭的空間位姿信息；

26、數(shù)據(jù)處理單元，對(duì)所述空間位姿信息進(jìn)行優(yōu)化處理，以確定所述管路端頭的空間位姿。

27、顯示與存儲(chǔ)單元，包括顯示屏與存儲(chǔ)器，所述顯示與存儲(chǔ)單元用于顯示并存儲(chǔ)所有數(shù)據(jù)信息。

28、可選地，所述掃描模塊包括：

29、激光掃描裝置，安裝于具有六自由度的支架上，所述激光掃描裝置用于獲取包含位置信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

30、和/或視覺測(cè)量裝置，設(shè)置有多個(gè)相機(jī)模塊，所述視覺測(cè)量裝置用于獲取包含管路端頭外觀信息的二維圖像信息；

31、和/或慣性測(cè)量單元，用于獲取包含所述管路端頭相對(duì)位置信息的二維圖像信息。

32、可選地，所述數(shù)據(jù)處理單元包括：

33、數(shù)據(jù)預(yù)處理子單元，對(duì)所述空間位姿信息進(jìn)行預(yù)處理；

34、特征提取與匹配子單元，用于提取自預(yù)處理之后的所述空間位姿信息中的特征信息；

35、空間位姿計(jì)算與優(yōu)化子單元，對(duì)提取的特征信息進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，用于確定所述管路端頭的空間位姿。

36、可選地，還設(shè)置有電磁屏蔽裝置，以減少外界電磁對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的干擾。

37、如上所述，本發(fā)明提供的空間位姿的測(cè)量方法及系統(tǒng)，至少具備如下有益技術(shù)效果：

38、本發(fā)明所提出的空間位姿測(cè)量方法及系統(tǒng)，在測(cè)量精度、數(shù)據(jù)處理、測(cè)量分析、適應(yīng)性與穩(wěn)定性以及應(yīng)用等方面取得了顯著技術(shù)效果：

39、提高測(cè)量精度：多源數(shù)據(jù)采集融合，將激光掃描裝置、視覺測(cè)量裝置和慣性測(cè)量單元協(xié)同工作，最終使計(jì)算得出的管路端頭位置坐標(biāo)誤差控制在±0.03mm以內(nèi)，姿態(tài)角度誤差控制在±0.05°以內(nèi)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)精度。

40、數(shù)據(jù)處理智能化：用混合濾波算法處理三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，多尺度自適應(yīng)直方圖均衡化算法處理二維圖像，數(shù)據(jù)完整性超99％；通過(guò)特定算法分別提取點(diǎn)云、圖像特征信息，特征提取準(zhǔn)確率達(dá)98％以上；依約束規(guī)則與特征點(diǎn)權(quán)重整合后，匹配精度高于97％；空間位姿計(jì)算采用相關(guān)算法，智能高效，有力保障整體測(cè)量質(zhì)量。

41、測(cè)量分析效率高：測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)模塊緊密協(xié)作且性能卓越，大幅度縮短了測(cè)量時(shí)間、提高測(cè)量效率；激光掃描模塊獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，視覺測(cè)量模塊和慣性測(cè)量單元獲取二維圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理單元的大規(guī)模并行計(jì)算架構(gòu)與任務(wù)動(dòng)態(tài)分配，顯示與存儲(chǔ)單元的便捷交互與大容量高速存儲(chǔ)，使整個(gè)測(cè)量過(guò)程運(yùn)行高效流暢且測(cè)量精度大幅度提升。

42、增強(qiáng)適應(yīng)性與穩(wěn)定性：對(duì)不同材質(zhì)、形狀管路端頭以及復(fù)雜多變的測(cè)量環(huán)境有良好適應(yīng)性。激光掃描頭可自適應(yīng)調(diào)整功率與波長(zhǎng)，視覺測(cè)量裝置相機(jī)具備多種抗干擾功能，慣性測(cè)量單元能在惡劣環(huán)境穩(wěn)定工作且自診斷準(zhǔn)確率達(dá)99％以上，數(shù)據(jù)處理單元的智能緩存與預(yù)取機(jī)制保證了測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

43、應(yīng)用廣泛：不僅針對(duì)實(shí)時(shí)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間位姿的精確測(cè)量，還可以針對(duì)已經(jīng)拍攝好的照片、存儲(chǔ)好的三維數(shù)據(jù)或二維數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化而獲取空間位姿。極大地提高數(shù)據(jù)處理效率，智能化數(shù)據(jù)處理能適應(yīng)復(fù)雜管路端頭形狀與測(cè)量環(huán)境變化，測(cè)量系統(tǒng)各模塊緊密協(xié)作，性能卓越，大幅縮短測(cè)量時(shí)間，提升測(cè)量精度和效率。