[發(fā)明專利]一種工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑濾波方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710554642.X
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN107274376A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 敬淑義;尹章芹;毛東輝;王杰高
• 申請（專利權(quán)）人: 南京埃斯頓機(jī)器人工程有限公司
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06T5/20;G06T5/30;G06T7/11
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 程化銘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的方法，具體說是一種工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑濾 波方法。可以結(jié)合機(jī)器人應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，獲取工件的相關(guān)信息，屬于工業(yè)機(jī)器人視覺應(yīng)用 領(lǐng)域。

背景技術(shù)

視覺系統(tǒng)配合機(jī)器人，成為“手眼系統(tǒng)”。在現(xiàn)代智能工業(yè)應(yīng)用中，利用“手眼系統(tǒng)” 代替產(chǎn)線工人完成生產(chǎn)線流水作業(yè)、產(chǎn)線裝配，或者利用視覺系統(tǒng)完成物料的測量、質(zhì)量檢 查等繁瑣工作，提高機(jī)器人對環(huán)境的感知與應(yīng)變能力，利用機(jī)器人的視覺控制，不需要預(yù)先 對工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行示教或離線編程，可節(jié)約大量的編程時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和加 工質(zhì)量，在一定程度上將人工從生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來。

立體視覺是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，它的目的在于重構(gòu)場景的三維幾何信息。 立體視覺的研究具有重要的應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用包括移動(dòng)機(jī)器人的自主導(dǎo)航系統(tǒng)，航空及遙感 測量，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)等。

基于傳感器獲取三維信息的方法有很多種，主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式，工業(yè)領(lǐng)域一般采 用主動(dòng)式三維方式獲取深度信息，即通過打結(jié)構(gòu)光或者光編碼等方式獲取立體深度信息，此 立體深度信息亦成為三維點(diǎn)云信息。

獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，需要對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。目前的點(diǎn)云濾波算法主要有： LIDAR數(shù)據(jù)形態(tài)學(xué)濾波算法、基于坡度變化的濾波算法等。LIDAR數(shù)據(jù)形態(tài)學(xué)濾波算法主要問 題是坡度閾值的人工選取和細(xì)節(jié)地形的方塊效應(yīng)，如果閾值設(shè)定太大，可能平滑掉噪聲，同 時(shí)將工件的細(xì)節(jié)平滑處理，算法的普遍適用性很差。基于坡度變化的濾波算法原理是根據(jù)工 件輪廓確定最優(yōu)的濾波函數(shù)，雖然算法簡單，但是需要提前知道工件的輪廓變化信息以及設(shè) 定的窗口信息，算法適用性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑濾波方 法。本發(fā)明方法基于Savitzky-Golay濾波，消除原始數(shù)據(jù)的不光滑，提高點(diǎn)云處理數(shù)據(jù)的質(zhì) 量，能更真實(shí)反映出物體的本來面貌。

本發(fā)明一種工件三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑濾波方法，包含以下步驟：

步驟1：采集工件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)

基于工件的形狀，選取一個(gè)視角，采集工件的三維輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

步驟2:將采集的工件點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照點(diǎn)的三維坐標(biāo)值獲取對應(yīng)的灰度圖，并將點(diǎn)云投影 到視平面上面。

步驟3：得到投影的灰度圖，并對灰度圖進(jìn)行二值化閾值處理,得到二值圖。

步驟4：對二值圖進(jìn)行開閉合運(yùn)算。

步驟5：用Savitzky-Golay濾波去除圖像的噪聲

1)確定M和N的值。N表示領(lǐng)域內(nèi)的點(diǎn)個(gè)數(shù)，M表示多項(xiàng)式的次數(shù)。N取值相同，M 值越小，平滑效果越好，但是為了確保濾波后的點(diǎn)云和原點(diǎn)云差別不大，一般取 M＝3。M相同，N越大，細(xì)節(jié)丟失越大，因此通過曲率的相關(guān)關(guān)系確定M和N 的值。

(1)利用M次樣條插值計(jì)算點(diǎn)云的曲率C_i(i＝1,2,...,n)以及曲率導(dǎo)數(shù) dC_i(i＝1,2,...,n-1)，n表示點(diǎn)云的總數(shù)。

(2)令N_max＝n/4,N_min＝5；若滿足(n/4)＜5，則N＝5，若點(diǎn)云數(shù)n小于5， 則結(jié)束處理。

(3)確定N的值；若某點(diǎn)的曲率值C_i＜Q₁，那么可以認(rèn)為這點(diǎn)和其領(lǐng)域點(diǎn)在一條 直線上，然后在其領(lǐng)域內(nèi)尋找滿足dC_i＜Q₂的點(diǎn)，確定點(diǎn)后，如果n₁＞n₂， 則N＝2n₁+1；否則：N＝2n₂+1，若某點(diǎn)的曲率值C_i＞Q₁，則該點(diǎn)曲率變 化dC_i在其領(lǐng)域內(nèi)尋找滿足或者的點(diǎn)，其 中其中Q，Q₁，Q₂為曲率分割閾值的經(jīng)驗(yàn)值，如果n₁＞n₂，則N＝2n₁+1； 否者：N＝2n₂+1，確定N和M的值。n₁表示曲率小于并接近Q₂的點(diǎn)個(gè)數(shù)， n₂表示曲率值大于并接近Q₂的點(diǎn)個(gè)數(shù)。

2)確定N和M的值之后，用Savitzky-Golay濾波器去除圖像的噪聲