船体分段三维数字化测量数据配准
第３ｌ卷第３期２０１０年３月哈尔滨工程大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖ０１．３１№．３
Ｍａｒ．２０１０
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７０４３．２０１０．０３．０１３
船体分段三维数字化测量数据配准
刘涛，王宗义，金鸿章，李保松
（哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：船体分段测量数据与ＣＡＤ模型的配准，直接影响船体分段的制造几何误差分析和制造精度评价．针对船体分段装配工艺以及测鼍数据点集的分布特点，提出了一种基于单位四元数的Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ．Ｍａｒｑｕａｒｄｔ非线性迭代的最优配准算法．首先用一定的基准（肋骨对齐）对测量的角点数据进行初始变换，然后用单位四元数算法对初始变换后的数据和ＣＡＤ模型进行粗配准，使变换后的船体分段测量数据与ＣＡＤ模型数据处于小误差状态，最后采用基于Ｌ—Ｍ非线性迭代法求全局最优配准参数．实验结果表明，该算法能很好地反映船体分段建造中的实际情况，为船体分段的后续装配提供指导性的依据．
关键词：船体分段测量；四元数法；非线性迭代法；配准
中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７０４３（２０１０）０３－０３４５－０５
Ｔｈｅｄａｔａｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆ３－Ｄｄｉｇｉｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｈｕｌｌｂｌｏｃｋｓ
ＬＩＵＴａｏ，ＷＡＮＧＺｏｎｇ—ｙｉ，ＪＩＮＨｏｎｇ—ｚｈａｎｇ，ＬＩＢａｏ—ｓｏｎｇ
（ＣｏＵｅｇｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｌＴＯｒｓｃａｕｓｅｄｂｙｌａｃｋｏｆｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｆｏｒｈｕｌｌｂｌｏｃｋｓａｒｅｄｉｒｅｃｔｌｙｒｅｌａｔｅｄｔｏｒｅｇ—ｉｓｔｒａｔｉｏｎｅｌＴＯｒｓｉｎｈｕｌｌｂｌｏｃｋｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａａｎｄＣＡＤｍｏｄｅｌｓ．Ａｆｔｅｒｅｘａｍｉｎｉｎｇｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｈｕｌｌｂｌｏｃｋｓａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａ，ａＬｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ（ＬＭ）ｏｐｔｉｍａｌｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎａｌｇｏ—ｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｔｑｕａｔｅｒｎｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｉｒｓｔｍａｄｅａｎｉｎｉｔｉａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｅａｓｕｒｅｄｃｏｒｎｅｒｄａｔａｂｙｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（ｒｉｂａｌｉｇｎｍｅｎｔ）．ＩｔｔｈｅｎｍａｄｅｃｏａｒｓｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｕｎｉｔｑｕａｔｅｒｎｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｅｒｒｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄｂｌｏｃｋｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｄａｔａａｎｄｔｈｅＣＡＤｍｏｄｅｌ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｇｌｏｂａｌｏｐｔｉｍａｌｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂｙｔｈｅｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｉｔｅｒａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎＬＭ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅｆｌｅｃｔｓｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｈｕｌｌｂｌｏｃｋｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｖｅｒｙｗｅｌｌａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｂａｓｉｓｆｏｒｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔａｓｓｅｍｂｌｙ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｕｌｌｂｌｏｃｋｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｎｏｎ—ｌｉｎｅａｒｉｔｅｒａｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ；ｄａｔａｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ
船体分段测量是船舶建造过程中的一个重要工艺，目的是获得分段建造相关尺寸误差信息，作为分段生产、装配质量的重要评价标准并可以及时反馈给制造过程．船体分段三维测量的研究对于造船企业提高建造质量和生产效率具有重要意义【ｌＪ．由于测量坐标系与船体分段ＣＡＤ模型的坐标系不一致，无法进行实测分段面与理想模型的误差比对，因此需要将测量的船体分段特征点数据与ＣＡＤ模型数
收稿日期：２００８－０６．１１．
作者简介：刘涛（１９７９?），男，讲师，博士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｒ－ｂｅｕ４１ｌｊｙｓ＠１６３．ｃｏｒｎ；
金鸿章（１９４６一），男，教授，博士生导师．
通信作者：刘涛．据进行归一化，即实现最优配准．所以配准问题是船体分段三维数字化测量的关键技术之一．
针对曲面测量点云数据配准算法的相关研究已经在国内外展开，常用的方法有基于特征的方法悼Ｊ和最优匹配方法旧刁ｊ．最优匹配方法得到了广泛应用，基于最优匹配方法的配准是把配准问题定义为使一个目标函数最小化求解变换矩阵的问题，多采用ＩＣＰ（ｉｔｅｒａｔｉｖｅｃｌｏｓｅｓｔｐｏｉｎｔｓ）算法旧。Ｊ．
对不规则散乱点集配准问题则较少有研究，船体分段装配要评价的是一个制造断面，它并不是一个纯粹的平面或曲面，而是由一系列钢板的侧边或棱组成，其图形表现形式是一系列的直线段和弧形
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