[發明專利]一種基于三維點云曲面圓孔檢測方法

有效

• 申請號: 201410081925.3
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103886593A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 江開勇;林俊義;劉增藝;劉斌;劉華;黃常標
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06K9/46
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.一種基于三維點云曲面圓孔檢測方法，其特征在于包含以下幾個步驟：?

（1）基于交互式提取曲面圓孔邊緣三維點：?

①拾取待測圓孔特征區域三維點云；?

②采用kd樹建立所述三維點云內的三維點之間的拓撲關系；?

③利用所述三維點及其k鄰域的分布是否均勻來判斷邊界特征點：若均勻，則判斷所述三維點為內部點；若不均勻，則判斷所述三維點位為邊界特征點；所述邊界特征點分為內邊界點和外邊界點；?

④內邊界點的提取；?

（2）對所述曲面圓孔邊緣三維點進行最小二乘平面擬合得到第一最小二乘平面，并求得所述第一最小二乘平面的法向n₁；將所述曲面圓孔邊緣三維點垂直投影到所述第一最小二乘平面上，通過坐標系轉換將所述第一最小二乘平面上的曲面圓孔邊緣三維投影點轉換成z坐標值為零的xoy二維平面上的曲面圓孔邊緣二維投影點；?

（3）將所述xoy二維平面上的所有曲面圓孔邊緣二維投影點通過最小二乘橢圓法擬合為橢圓，并求出所述橢圓的長短軸、中心點、長軸與x軸的夾角；求取所述橢圓的長軸與所述二維投影點的2個交點，將所述2個交點逆變換到所述第一最小二乘平面上求出與之對應的2個所述曲面圓孔邊緣三維投影點，并求得這2個所述曲面圓孔邊緣三維投影點的矢量n_a；將所述第一最小二乘平面的法向n₁與所述曲面圓孔邊緣三維投影點的矢量n_a叉積得到短軸三維矢量n_b；?

（4）將所述第一最小二乘平面分別以所述曲面圓孔邊緣三維投影點的矢量n_a、所述短軸三維矢量n_b為旋轉軸，旋轉步長0.5°，沿著空間?旋轉，得到第二最小二乘平面；每旋轉一次，將所述曲面圓孔邊緣三維點重新投影至所述第二最小二乘平面；通過坐標系轉換將所述第二最小二乘平面上的新的曲面圓孔邊緣三維投影點轉換成z坐標值為零的xoy二維平面上的新的曲面圓孔邊緣二維投影點；將所述xoy二維平面上的所有新的曲面圓孔邊緣二維投影點通過最小二乘圓法擬合為圓，并求取所述圓的圓心及半徑；?

（5）計算所述xoy二維平面上的所有新的曲面圓孔邊緣二維投影點到所述圓的圓心的歐式距離，并加入圓的判定準則；滿足所述圓的判定準則時，可判定所述圓的半徑為所述曲面圓孔的半徑，同時可求出此時所述第二最小二乘平面的法向n₂即為所述曲面圓孔的軸線方向；如不滿足所述圓的判定準則，則重復執行步驟（4）；?

所述圓的判定準則為：?

①圓半徑逼近準則：所述xoy二維平面上的所有新的曲面圓孔邊緣二維投影點到所述圓的圓心的歐氏距離d都必須在所述圓的半徑R的一定范圍內，即d=(0.95-1.05)×R；?

②最小包圍盒準則：所有邊緣點的橫坐標最大值與最小值的差值X、縱坐標最大值與最小值的差值Y；X、Y必須同時滿足X=(0.95-1.05)×2R，Y=(0.95-1.05)×2R。?

2.根據權利要求1所述的一種基于三維點云曲面圓孔檢測方法，其特征在于：所述利用所述三維點及其k鄰域的分布是否均勻來判斷邊界特征點具體做法為：?

對所述三維點云內的三維點建立kd樹，利用所述kd樹搜索每個三維點的k鄰域點；將所述三維點和三維點的k鄰域點擬合為第三最小二乘平?面，然后將所述三維點和三維點的k鄰域點投影到所述第三最小二乘平面上；對所述三維點和三維點的k鄰域點的投影點依夾角的大小排序，然后計算夾角標準差，當所述標準差值超過設定閾值時，該點判為邊界點；所述邊界點有內邊界點及外邊界點。?

3.根據權利要求1所述的一種基于三維點云曲面圓孔檢測方法，其特征在于：所述內邊界點的提取的具體做法為：?

對所述內邊界點和外邊界點建立kd樹，拾取某個所述內邊界點作為種子點p1，搜索距離所述種子點p1最近的內邊界點p2，作有向向量p1p2；然后搜索離所述內邊界點p2最近且按距離從小到大排序的6個點qi，i∈[0,5]；依次作有向向量p2qi，分別計算所述向量p2qi與所述向量p1p2的夾角α，當所述夾角α的值第一次小于π/2時則將此時的qi點作為下一個內邊界點p3，并作有向向量p2p3，然后重復上述的方法搜索下一個內邊界點，直到所搜索到的內邊界點與所述種子點p1重合，則所述曲面圓孔邊緣三維點成功提取。?