[發明專利]一種基于點云數據的彎管模型重建方法

有效

• 申請號: 201710053284.4
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106874580B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李維詩;趙巖巖;于連棟;夏豪杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/30;G06F113/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種基于點云數據的彎管模型重建方法，其特征在于，包括下列步驟：

(1)通過三維掃描設備獲取彎管的點云數據并輸入計算機中；

(2)在計算機中局部擬合曲面并利用曲面的第一、第二基本形式估計點云的主曲率、主方向和法矢的屬性信息，具體步驟如下

(2a)首先基于協方差矩陣Σ＝Q^TQ的特征向量計算出各個采樣點P_i處法矢量的初始值，其中；

將矩陣∑最小特征值對應的特征向量設為P_i處法矢量的初始值；

(2b)然后以為Z軸建立P_i點處的局部坐標系，并計算鄰域內各點的局部坐標值，設局部坐標系的三個坐標軸分別為(x_x，y_x，z_x)、(x_y，y_y，z_y)、(x_z，y_z，z_z)，則P_j點的局部坐標為

(2c)其次采用最小二乘法，擬合內的點構造局部二次曲面π(x，y)＝ax²+by²+cxy+dx+ey+f，得到P_i點的法矢量，同時利用曲面第一、第二基本形式計算出點云的主曲率、主方向，由曲面第一、第二基本量組成的矩陣如下所示：

其中a、b、c、d、e、f為議程的系數，E、I、F為曲面第一基本量，L、M、N為曲面第二基本量，G^-1H矩陣的特征值分別為主曲率K_min和K_max，對應的特征向量分別為兩個主方向，最大曲率對應的主方向記作同時也是P_i點的一個切矢，理論上K_max的倒數為管半徑，點云沿法矢移動半徑長度得到近似中心線上的點集S₁；

(3)將點云主方向映射到單位球上，采用聚類技術和累加弦長參數化方法識別彎管的圓柱段和圓環段，具體包括以下步驟：

(3a)首先將映射到單位球上，得到集合S₂；

(3b)采用聚類技術，將S₂分類；

(3c)將點集S₁進行排序，得到多義線S；

(3d)將S₁中的所有點P_i(i＝0，…，n)向S投影，并計算各投影點的累加弦長，用作P_i點的參數；

(3e)根據聚類分析結果及各點的參數，將M中的點分為圓柱段上點和圓環段上點；

(4)采用最小二乘法擬合圓柱和圓環面，計算出彎管特征參數；

(5)基于彎管特征參數，實現彎管的三維模型重建。

2.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的彎管模型重建方法，其特征在于：所述步驟(1)過程如下：

首先設置三維掃描設備的掃描范圍、幅度、單位參數，然后利用該三維掃描設備掃描彎管獲取點云數據M，并將點云數據M輸入計算機中，點云數據包括采樣點的坐標信息和索引。