本發(fā)明涉及噪聲篩選，具體涉及一種基于孔群約束的噪聲點篩選方法。

背景技術：

1、橋梁孔板工件有許多孔形狀的結構，如螺栓孔、通孔等，各個孔用于栓接定位，對于工件的結構定位起到重要作用，因此需要測量各個孔之間的相對位置。

2、橋梁孔板工件上的孔形成孔群，呈陣列狀有規(guī)律的分布，若對其進行攝影識別，可得到代表每個孔三維坐標的點云，但其中有許多誤識別造成的噪聲點，確定各個孔之間相對位置時必須剔除噪聲點，再提取剩余有效點之間的相對位置。相關技術中，一般通過人工剔除噪聲點，效率低且不夠準確。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供一種基于孔群約束的噪聲點篩選方法，解決相關技術中人工剔除噪聲點導致效率低和不夠準確的技術問題。

2、本技術實施例提供一種基于孔群約束的噪聲點篩選方法，其包括以下步驟：

3、將橋梁孔板工件上孔群的三維點集投影到平面上進行降維，以形成所述孔群的二維點集；

4、基于所述孔群的二維點集建立孔群約束模型；

5、根據(jù)所述孔群約束模型剔除噪聲點；

6、其中，所述基于所述二維點集建立孔群約束模型包括：

7、所述孔群分布形成平行四邊形單元，將其定義為網(wǎng)格單元，設定所述網(wǎng)格單元的參數(shù)的先驗概率分布；

8、在設定所述參數(shù)的先驗概率分布的情況下，計算所述孔群的二維點集中的每個點與所述網(wǎng)格單元中離其最近的角點的對應概率，定義為似然函數(shù)；

9、基于所述先驗概率分布和似然函數(shù)確定最大化后驗概率以及其對應的網(wǎng)格單元的參數(shù)，得到所述孔群約束模型。

10、在一種實施方式中，通過 pca方法將所述橋梁孔板工件上孔群的三維點集投影到平面上進行降維。

11、在一種實施方式中，所述將橋梁孔板工件上孔群的三維點集投影到平面上進行降維，以形成所述孔群的二維點集包括：

12、所述孔群的三維點集設定為：，其中，為所述孔群中的三維點， x為三維點集合；

13、將所述孔群的三維點集進行數(shù)據(jù)中心化，

14、計算公式為：；；

15、確定協(xié)方差矩陣 c，計算公式為：

16、其中為數(shù)據(jù)中心化后的數(shù)據(jù)矩陣，；

17、對協(xié)方差矩陣 c進行特征分解，確定對應的特征值和特征向量；

18、以兩個最大的特征值對應的特征向量和定義為主平面，將每個三維點投影到所述主平面上，以形成所述孔群的二維點集 s；

19、計算公式為：

20、其中，是三維點在二維主平面上的坐標，為二維實數(shù)向量空間。

21、在一種實施方式中，所述孔群分布形成平行四邊形單元，將其定義為網(wǎng)格單元，設定所述網(wǎng)格單元的參數(shù)的先驗概率分布包括：

22、所述孔群分布以三角形單元 aob連續(xù)重復排列形成平行四邊形單元 aobc，將所述平行四邊形單元 aobc定義為所述網(wǎng)格單元；

23、所述網(wǎng)格單元的參數(shù)設定為長度 a、寬度 b、夾角 θ和夾角，其中，長度 a為主軸 oa的長度、寬度 b為主軸 ob的長度、夾角 θ=∠boa，夾角為主軸 ob與坐標軸 x軸的夾角；

24、設定所述網(wǎng)格單元的參數(shù) a、 b、 θ和的先驗概率分布為：

25、。

26、在一種實施方式中，根據(jù)所述橋梁孔板工件的加工精度、測量精度設定所述參數(shù)的先驗概率分布。

27、在一種實施方式中，所述在設定所述參數(shù)的先驗概率分布的情況下，計算所述孔群的二維點集中的每個點與所述網(wǎng)格單元中離其最近的角點的對應概率，定義為似然函數(shù)包括：

28、將所述孔群的二維點集 s中的每個點轉換到以 o點為原點的局部網(wǎng)格坐標系中，計算公式為：

29、其中，和分別是孔群的二維點集 s中的點相對于 o點在主軸 oa和主軸 ob方向上的投影距離， mod為模運算，和是將該點在兩個方向的投影距離局部化到一個網(wǎng)格單元內(nèi)之后的坐標；

30、在設定所述參數(shù)的先驗概率分布的情況下，計算所述孔群的二維點集 s中的每個點與所述網(wǎng)格單元的角點的歐式距離，

31、計算公式為：；

32、其中，是點 i對應的第 j個角點的坐標，其中 j=1,2,3,4，分別對應；

33、通過高斯函數(shù)評估點 i屬于對應第 j個角點的概率，

34、計算公式為：；

35、其中，為先驗概率分布的標準差；

36、選擇最大概率角點作為其對應的格點，以其高斯函數(shù)值為該點相對于當前參數(shù)所確定的網(wǎng)格單元的符合程度，表示為：；

37、將所有點相對于當前參數(shù)所確定網(wǎng)格單元的高斯函數(shù)值之和定義為似然函數(shù)，表示為：。

38、在一種實施方式中，所述基于所述先驗概率分布和似然函數(shù)確定最大化后驗概率以及其對應的網(wǎng)格單元的參數(shù)，得到所述孔群約束模型包括：

39、基于所述先驗概率分布和似然函數(shù)確定后驗概率，

40、計算公式為：；

41、確定最大化后驗概率，計算公式為：，以得到最大后驗概率對應的網(wǎng)格單元的參數(shù)，生成整體網(wǎng)格單元，得到所述孔群約束模型。

42、在一種實施方式中，生成整體所述網(wǎng)格單元時，確定所述孔群的二維孔集 s中每個點歸屬的網(wǎng)格單元索引和，其中 round為臨近取整函數(shù)，作為其在網(wǎng)格單元中的位置表征。

43、在一種實施方式中，所述根據(jù)所述孔群約束模型剔除噪聲點包括：

44、基于所述孔群約束模型，設定所述孔群的二維點集 s中的點滿足均值為0、標準差為σ的正態(tài)分布；

45、其與所述網(wǎng)格單元的角點的歐式距離最小值不超出3時，其為真實點；

46、其與所述網(wǎng)格單元的角點的歐式距離最小值超出3時，其為噪聲點；

47、計算公式為：；

48、。

49、在一種實施方式中，所述基于孔群約束的噪聲點篩選方法還包括：根據(jù)所述網(wǎng)格單元的參數(shù)自動測量相鄰點之間的相對位置。

50、本技術實施例提供的技術方案帶來的有益效果包括：

51、本技術提供一種基于孔群約束的噪聲點篩選方法，利用橋梁孔板工件上孔群分布規(guī)律，先進行降維以簡化處理，再基于統(tǒng)計概率理論建立孔群約束模型，應用到噪聲點篩選中，優(yōu)化參數(shù)同時實現(xiàn)噪聲剔除和數(shù)據(jù)分類。建立孔群約束模型時，先為網(wǎng)格單元的參數(shù)設定先驗概率分布，提供統(tǒng)計學基礎的起點，確保參數(shù)搜索過程從一個合理的范圍開始，增加找到全局最優(yōu)解的可能性；再結合使用似然函數(shù)確定最大化后驗概率來優(yōu)化網(wǎng)格單元的參數(shù)，不僅基于幾何誤差最小化，并利用統(tǒng)計概率理論來引導搜索過程，更全面地考慮到數(shù)據(jù)的概率特性和不確定性，從而將噪聲點篩選過程與數(shù)據(jù)分類和網(wǎng)格構建過程結合起來。