[發明專利]零件表面形貌三維高密度點云數據轉化為灰度圖像的方法

有效

• 申請號: 201210046615.9
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102592284A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 杜世昌;王猛;奚立峰;陳曉波;肯特
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域：

本發明涉及一種零件表面形貌三維高密度點云數據轉化為灰度圖像的方法，通過將三維高密度點云數據中反映零件表面形貌的高度值映射為像素的灰度值，生成能夠反映零件整體表面形貌特別是紋理特征的灰度圖像。屬于零件表面形貌檢測和點云數據處理技術領域。

背景技術：

隨著對精密零件表面加工要求的不斷提高，作為一種重要的產品質量控制手段，機械加工零件表面形貌檢測技術被廣泛應用于機械表面的加工過程。銑削、磨削、刨削等工藝加工出的零件表面，由于加工過程刀具行程的變化、材料本身特性以及振動等原因，會在機械加工零件表面形成不同的紋理。對表面加工紋理的分析研究，一方面可以對零件的加工質量及機床本身的精度進行綜合評價，另一方面可以用于表面質量缺陷分析及內在根源追溯。

傳統的零件加工表面紋理圖像大多由圖像采集系統直接獲得。已有技術中，黎明在論文“機械加工零件表面紋理缺陷檢測”(《中國圖象圖形學報》2004年第9卷第3期，318-322頁)中提到的零件表面紋理圖像采集系統由熒光光源、顯微鏡和CCD攝像機組成。該零件表面紋理圖像采集系統，由于測量精度的要求以及受視覺范圍的限制，只能取得零件表面的局部形貌，無法獲取零件表面的整體形貌，必須通過局部圖像的匹配、拼接來獲取零件表面全貌。另外，由于生成的零件表面形貌圖像清晰度較低，損失了零件表面形貌特征的部分細節。

專利號為WO2008070746名稱為“SYSTEM?AND?METHOD?FOR?SHIFTING?PHASE?IN?A?MULTI-WAVELENGTH?INTERFEROMETRIC?IMAGING?SYSTEM”的美國專利，提出的三維高分辨率表面形貌測量技術能夠對零件表面形貌進行整體檢測，能夠生成反映零件整體表面形貌的三維高密度點云數據，該數據為X、Y、Z三維坐標格式，以及彩色編碼的三維表面形貌圖像。該三維表面形貌圖像雖然能夠很好的反映零件表面各點的高度，但是對于反映零件加工表面留下痕跡的深淺、疏密、形狀，特別是紋理特征的表現則不太理想，不能有效地對零件表面紋理進行描述和識別。

發明內容：

為了克服三維高分辨率表面形貌測量技術生成的彩色編碼三維表面形貌圖像，在顯示零件表面加工紋理方面的不足，本發明提出了一種將零件表面形貌三維高密度點云數據轉換為灰度圖像的方法。由于三維高密度點云數據測點采樣密度高，可達到每平方毫米40個測點，故可以將三維高密度點云數據中的點轉化為圖像中的像素，而不損失零件表面形貌的細節信息。該方法生成的灰度圖像既能反映零件表面的整體形貌，又可以有效的體現零件表面的加工紋理特征。

本發明是按照下述技術方案實現的。本發明方法包括下述步驟：

第一步：通過采用三維高分辨率表面形貌測量技術對零件表面進行測量，得到三維高密度點云數據，該數據以X、Y、Z三維坐標格式顯示，并得到彩色編碼的三維表面形貌圖像。

第二步：讀入三維高密度點云數據。在計算機上利用軟件分別將三維高密度點云數據各點的X、Y、Z三維坐標讀入，存儲為N行3列的矩陣A。其中行數N為點云數量；第一、二列存儲各點的X、Y坐標值，表示各點在零件表面的位置；第三列存儲各點的Z坐標值，表示各點相對于基準面的高度。

第三步：對讀入的三維高密度點云數據進行插值。利用矩陣A第一、二列存儲的各點X、Y的坐標值，生成覆蓋零件表面的X、Y方向的矩形域柵格，通過軟件插值命令將矩陣A中第三列存儲的Z坐標值轉換為柵格各點的值，并存儲為二維矩陣I。

第四步：進行邊界判斷。利用矩陣A中前兩列存儲的X、Y坐標值生成零件表面輪廓，以判斷矩陣I中各元素是否屬于零件表面上的測點，如果小于設定的邊界閾值，則判定該點屬于零件表面測點，并保留該點數值，如果大于設定的閾值，則判定該點不屬于零件表面測點，將該點的值設為空。

第五步：將矩陣I轉換為灰度圖像。將二維矩陣I中每個元素的值轉化為灰度值，并將不屬于零件表面的點設置為背景色，生成能夠有效反映零件表面整體形貌和加工紋理的灰度圖像，最后對灰度圖像進行顯示和處理。

本發明的有益效果：