[發明專利]一種點云模型切片形狀計算方法

在審

• 申請號: 202010846478.1
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111915724A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 紀剛;杜靖;安帥;楊豐拓
• 申請（專利權）人: 青島聯合創智科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T11/00;G06T7/136;G06T7/13;G06T5/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 于正河

本發明屬于點云模型圖像處理技術領域，涉及一種點云模型切片形狀計算方法；工藝步驟如下：步驟一，刪除離群點，對點云模型進行平滑去噪；步驟二，在點云模型切片位置選擇不共線的點擬合平面；步驟三，將平面兩側滿足限定距離范圍內的點投影到平面N；步驟四，利用滾球算法計算平面上點集的凹包，凹包的形狀即為切片形狀；本發明所述算法對稠密和稀疏點云的處理均具有較好效果，對不連續的點云邊界擬合誤差小，擬合的點云邊界特征精確；并且本方法不依賴曲線擬合，對各種形狀點云效果足夠魯棒。

技術領域：

本發明屬于點云模型圖像處理技術領域，涉及一種對點云模型橫切面的形狀進行確定的方法，特別是一種點云模型切片形狀計算方法。

背景技術：

點云一般指在逆向工程中通過測量儀器得到的產品外觀表面的點數據集合，點云是在和目標表面特性的海量點集合。根據激光測量原理得到的點云，包括三維坐標(XYZ)和激光反射強度(Intensity)。根據攝影測量原理得到的點云，包括三維坐標(XYZ)和顏色信息(RGB)。結合激光測量和攝影測量原理得到點云，包括三維坐標(XYZ)、激光反射強度(Intensity)和顏色信息(RGB)。通常使用三維坐標測量機所得到的點數量比較少，點與點的間距也比較大，叫稀疏點云；而使用三維激光掃描儀或照相式掃描儀得到的點云，點數量比較大并且比較密集，叫密集點云。點云數據是最為常見也是最基礎的三維模型。點云模型往往由測量直接得到，每個點對應一個測量點，計算模型切片的形狀是模型分析的常用手段，由于點云模型與實體模型不同，用平面截取模型時沒有橫切面，因此需要根據平面兩側的點計算點云模型切片形狀。

在現有技術中，公開號為CN108491596A的中國專利，公開一種點云模型上的分層切片輪廓構造方法，首先搜索每一分層平面兩側附近的數據點，并將其投影到分層平面上形成投影點帶；進而利用局部坐標系中的轉角最小準則，提取投影點帶的邊界數據點；然后建立邊界數據點的平面最小二乘投影模型，給出平面最小二乘投影模型中工作點的權值構造方法；以此為基礎，實現邊界點到點云模型上投影點的迭代計算，將所提取的邊界數據點投影到點云模型上，從而形成分層切片輪廓。公開號為CN110288706A的中國專利，公開了一種小曲率不規則點云曲面的擬合方法，具體過程為：首先得到要擬合的小曲率不規則點云數據，通過軸向包圍盒的方法求取標記點，在不規則點云中尋找標記點的最近鄰點，并向相應直線投影，得到投影點；然后將點云分割的各個部分，重復迭代求取標記點的最近鄰點并得到投影點，直到迭代次數達到設定值；最后由投影點構建擬合面的邊緣，將不規則點云向相應平面投影，實現擬合。

現有計算點云模型切片形狀的方法主要存在以下問題：(1)對不連續的點云邊界擬合會造成極大誤差而丟失點云邊界特征；(2)將點云切片分成連續曲線擬合時擬合方程階數無法判斷。

發明內容：

本發明的目的在于克服現有技術存在的缺點，針對現有的點云模型切片形狀的方法存在對不連續的點云邊界擬合會造成極大誤差而丟失點云邊界特征、對連續邊界擬合時擬合方程階數無法判斷的缺陷，尋求設計一種點云模型切片形狀計算方法。

為了實現上述目的，本發明涉及的一種點云模型切片形狀計算方法，工藝步驟如下：

步驟一，對點云模型進行平滑去噪；

步驟二，在點云模型切片位置擬合平面；

步驟三，將平面兩側的點投影到平面N；

步驟四，計算平面上點集的凹包。

所述步驟一具體為：計算點云模型中每個點P_i到其相鄰點的平均距離d_i，平均距離d_i在標準范圍之外的點認為是離群點，將其刪除；即對平均距離d_i進行高斯分布，計算高斯分布的均值μ和方差σ，根據高斯分布性質，當d_i＞μ+2*σ時，認為該點P_i為離群點。