基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法与流程

技术特征：
1.基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，其特征在于，包括以下步骤：1)使用光学定位仪获取待识别工具的基础信息，包括：标准工具文件信息及能够被光学定位仪识别到的标记点的三维坐标；2)利用上述基础信息先进行工具识别的特殊判定：须先具备该工具出厂时的标准工具文件，以及当标记点少于3个或大于200个时提前终止识别；3)对标准工具文件中的标记点点集和光学定位仪识别到的标记点点集做点对匹配，当匹配完成后的点对个数不小于当前定位仪能够识别到的标记点个数时表示识别成功；4)对匹配的结果做工具识别精度计算，并输出本次识别完成的工具信息。2.根据权利要求1所述的基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，其特征在于：在步骤1)中，所述标准工具文件信息是指工具出厂时配备的信息，包含工具名称、工具上反光标记球的个数和标记点在工具坐标系下的三维坐标点集。3.根据权利要求1所述的基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，其特征在于：在步骤2)中，利用步骤1)的基础信息对工具识别先做的特殊判定包含以下三种，不符合的将不再继续当前识别并直接提示无法识别当前工具：a、待识别工具的标准工具文件要具备：工具出厂时已被制作，但需放入工具识别工程下；b、待识别工具的标记点个数和光学定位仪识别到的标记点个数均不能少于3个：三维物体在空间中位置的确定基于至少三个非共线点的特点，即至少要有3个标记球才能完成识别，否则将无法进行平面的拟合；c、待识别工具的标记点个数和光学定位仪识别到的标记点个数均不能大于200个：大于200个将超过光学定位仪的双目相机能识别到的最大点数。4.根据权利要求1所述的基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，其特征在于：在步骤3)中，对工具文件中的标记点点集和定位仪识别到的标记点点集做点对匹配，包括以下步骤：3.1)计算工具文件上的标记点s
j
到点集s＝{s
j
|j＝1,2,3,...,8}中其它标记点的距离记为一维矩阵其中j是工具文件中标记点的初始序号，将点集s的所有记为m维距离矩阵mat
s
；同理，计算光学定位仪识别到的标记点o
i
到点集o中其它标记点的距离其中i是光学定位仪识别到的标记点的初始序号点集o＝{o
i
|i＝1,2,3，...,8}的所有记为n维距离矩阵mat
o
；3.2)遍历步骤3.1)计算出的工具文件的距离矩阵mat
s
，以遍历得到的点s
j
的距离为基准，用于与光学定位仪采集点的距离mat
o
进行匹配计数，具体如下：3.2.1)第一次配对：遍历光学定位仪的距离矩阵mat
o
，得到每个点o
i
的距离将当前点o
i
的距离和步骤3.2)中的点s
j
的做比较，当的每个距离都和的距离匹配上时，则记作在点集o中查找到o
i
能匹配上的s
j
；此时用数组num
j
保存当前点s
j
的索引index
j
和数组num
i
记录当前o
i
的索引index
i
，用数组num
j
′
和num
i
′
保存在点集s和o中未配对成功的点索引，同时保存和当前点o
i
做距离计算的点集o中的其它点o
k
记为点集o
′
＝{o
k
|
k≠i,i＝1,2,3，...,8,k＝1,2,3,...,8}，k为点的序号，同理，保存和当前点s
j
做距离计算的点集s中的其它点s
p
记为点集s
′
＝{s
p
|p≠j,j＝1,2,3，...,8,p＝1,2,3,...,8}，p为点的序号；其中，对能匹配上的距离定义为点距差的绝对值小于0.15mm；3.2.2)对所得点集o
′
和s
′
重复做步骤3.2.1)的操作，不断减少点集里的点数量进行匹配，当o
′
中的点为空时则结束循环；3.3)第二次点集配对：对步骤3.2)所得索引数组num
j
和num
i
重复做步骤3.2)的逻辑处理，即对已经配对的点再做一次确认是否有点对未匹配上；如果有未匹配上的，则将该点的索引从对应索引数组中删除且记录该点索引并添加入未配对数组num
j
′
或num
i
′
中；3.4)第三次点集配对：对未配对成功点重复做步骤3.2)的逻辑处理，即对前两次未匹配成功的点再次匹配；当最终匹配完成后的点对个数不小于当前光学定位仪能够识别到的标记点个数时表示识别成功。5.根据权利要求4所述的基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，其特征在于：在步骤4)中，对匹配的结果做工具识别精度计算，并输出本次识别完成的工具信息，包含以下步骤：4.1)将点集o和s经过步骤3)完成配对后分别获得的两个点集o2和s2作为点迭代算法icp的输入；经过icp的核心计算，即基于最小二乘法的最优匹配法计算的结果，即为两个点集的刚性匹配变换矩阵(r,t)作为输出，其中，r为旋转变换矩阵，t为平移变化矩阵；4.2)利用步骤4.1)计算得到的矩阵(r,t)，对完成配对后的点集o2中的每个点做旋转和平移变化得到变化后的点集o3；4.3)将步骤4.2)所得点集o3中的每个点逐个与步骤4.1)中点集o2的每个点做点距计算，以所有点距的平均值作为整体工具识别的误差；4.4)将本次识别到的工具信息和误差输出，其中，工具信息包括工具名、工具坐标系原点坐标和所有标记点的三维坐标。

技术总结
本发明公开了一种基于光学定位仪的兼容少量标记点丢失的工具识别方法，包括：1)使用光学定位仪获取待识别工具的基础信息；2)利用上述基础信息先进行工具识别的特殊判定：须先具备该工具出厂时的标准工具文件，以及当标记点少于3个或大于200个时提前终止识别；3)对标准工具文件中的标记点点集和光学定位仪识别到的标记点点集做点对匹配，当匹配完成后的点对个数不小于当前定位仪能够识别到的标记点个数时表示识别成功；4)对匹配的结果做工具识别精度计算，并输出本次识别完成的工具信息。本发明不仅能做到在工具上所有标记点都存在且未被遮挡情况下的工具识别，也能做到在过程中若出现工具上少量标记点丢失或遮挡的情况仍能完成对该工具的识别。仍能完成对该工具的识别。仍能完成对该工具的识别。


技术研发人员：杨荣骞 孔晶晶 关沛峰
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2021.10.21
技术公布日：2022/2/24