[發(fā)明專利]一種點(diǎn)云處理三維重建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910839916.9
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN110648391A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋毅恒;陳嘉順;陳錦祥
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 32200 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 曹翠珍

本發(fā)明涉及一種點(diǎn)云處理三維重建方法，是首先將三維掃描得到的stl點(diǎn)云圖導(dǎo)入MATLAB中，讀取每個點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，生成矢量點(diǎn)集；然后，基于具有連續(xù)特性的e微條曲面法，以j為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行誤差分析，提取某一橫（縱）斷面點(diǎn)集；接著，利用橫（縱）斷面點(diǎn)集得到斷面樣條曲線，這里包含了基于排序的凸包插值算法和分段處理法；最后，將足夠數(shù)量的橫（縱）斷面樣條曲線在三維空間整合，得到質(zhì)量較高的三維重構(gòu)模型。本發(fā)明通過e微條曲面法，獲取小片局部擬合，最后在三維空間整合，化局部為整體，大大提高了重構(gòu)的精度。處理效率高，重構(gòu)質(zhì)量好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維數(shù)字化、逆向工程領(lǐng)域，特別是涉及一種點(diǎn)云處理三維重建方法。

背景技術(shù)

三維掃描是一種高精度的三維坐標(biāo)測量方法。線結(jié)構(gòu)激光投射到被測表面，攝像機(jī)獲取投射圖像，提取光條上點(diǎn)的三維形貌。通過精確控制被測物的平移和旋轉(zhuǎn)，得到表面完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。因此，得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是線陣列的規(guī)則數(shù)據(jù)。對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，真實(shí)再現(xiàn)三維表面，這種技術(shù)可以應(yīng)用于逆向工程領(lǐng)域。

對于模型的重構(gòu)，點(diǎn)云處理算法起到關(guān)鍵的作用。因?yàn)椋瑨呙钄?shù)據(jù)不可避免的會有一些冗余信息和噪聲點(diǎn)，一方面，掃描過程中激光線可能會投射到非測量物上，如擺放物體的平臺等，導(dǎo)致冗余數(shù)據(jù)，另一方面，掃描數(shù)據(jù)易受環(huán)境和系統(tǒng)的影響，從而可能產(chǎn)生干擾噪聲，會嚴(yán)重地影響模型的建構(gòu)。因此，點(diǎn)云處理的原則是在不影響重構(gòu)曲面精度的前提下，大幅度減少數(shù)據(jù)并使之光順。所以點(diǎn)云處理算法可以保證重構(gòu)過程中有可靠精選的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，不僅能提高重構(gòu)的準(zhǔn)確度，更能降低重構(gòu)過程的消耗。現(xiàn)有技術(shù)存在處理效率低，重構(gòu)效果較差等不足。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有點(diǎn)云處理技術(shù)存在的不足，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種點(diǎn)云處理三維重建方法，具有較低的重構(gòu)誤差，重構(gòu)效果較好。

為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

不同于傳統(tǒng)的對三維形式的點(diǎn)云進(jìn)行處理，本發(fā)明所述一種點(diǎn)云處理三維重建方法，步驟是：

首先將三維掃描得到的stl點(diǎn)云圖導(dǎo)入MATLAB中，讀取每個點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，生成矢量點(diǎn)集。

基于具有連續(xù)特性的ε微條曲面法，采用評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行誤差分析，避免了MSE和R-square這兩種回歸誤差分析評價(jià)方法的缺陷，提取某一橫(縱)斷面點(diǎn)集。

其次利用橫(縱)斷面點(diǎn)集得到斷面樣條曲線。

最后，將足夠數(shù)量的橫(縱)斷面樣條曲線在三維空間整合，得到質(zhì)量較高的三維重構(gòu)模型。

所述具有連續(xù)特性的ε微條曲面法，首先從stl文件提取點(diǎn)云的三維數(shù)據(jù)，在三維坐標(biāo)系中生成矢量點(diǎn)集，此外有一個斷面與矢量點(diǎn)集相交，若斷面平行于XOZ平面，則為縱斷面，若平行于YOZ平面，則為橫斷面。

所述橫(縱)斷面，其中橫斷面沿著X軸平行移動，縱斷面沿著Y軸平行移動，橫縱斷面各有一個起始和終止位置。橫斷面的起始位置為X值最小的坐標(biāo)，終止位置為X值最大的坐標(biāo)；橫斷面的起始位置為Y值最小的坐標(biāo)，終止位置為Y值最大的坐標(biāo)。

所述橫(縱)斷面，在移動過程中，進(jìn)行斷面點(diǎn)集提取，判斷點(diǎn)是否分布均勻，不均勻則重新進(jìn)行斷面點(diǎn)集提取，否則進(jìn)入斷面曲線插值。移動到終止位置時進(jìn)行三維網(wǎng)格復(fù)原完成三維重構(gòu)。

所述斷面點(diǎn)集提取，將三維掃描得到的stl點(diǎn)云圖導(dǎo)入MATLAB中，讀取每個點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，生成矢量點(diǎn)集，構(gòu)建入三維坐標(biāo)系中。至于具體的點(diǎn)集提取，基于ε微條曲面法，兼顧了MSE和R-square這兩種回歸誤差分析評價(jià)方法的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行誤差分析，提取某一橫(縱)斷面點(diǎn)集。

所述斷面曲線插值包含了基于排序的凸包插值算法和分段處理法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：