[發明專利]一種基于點云數據的螺紋表面三維重構方法

有效

• 申請號: 202010859916.8
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112150606B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 田應仲;喻永前;薛松
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種基于點云數據的螺紋表面三維重構方法。其操作步驟是：通過設定的旋轉掃描平臺獲取螺紋點云數據，對點云數據進行數據空白點及異常點剔除；采用點云曲率與harris3D結合方法的提取螺紋牙頂及牙底部分特征點云作為保留點云，對非特征點云進行降采樣簡化，采用不同的半徑閾值的點云局部擬合法進行向量估計，并進行法向量方向判定最終進行泊松重建。本發明實現了對螺紋點云數據的三維模型的構建，針對螺紋牙頂與牙底特征位置提供充足的點云數據，保證三角化網格數量足夠多，減小重構誤差。為螺紋類點云的數字化測量與檢測提供參考依據。

技術領域

本發明屬于三維重構技術領域，具體涉及一種基于點云數據的螺紋表面三維重構方法。

背景技術

螺紋點云的高速高精度三維重建，對于螺紋形貌復原、缺陷檢測、三維測量具有重要的研究意義，當前的三維重構模型重構的研究主要集中在機械大零件三維形態建模，針對螺紋牙型細節的重構并沒有特殊處理方式，本文基此研究了基于特征保留的法向重定向的預處理方法，對泊松重建算法進行優化。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于點云數據的螺紋表面三維重構方法，針對泊松算法的不足之處，從特征點云和法向量一致性求解的角度上著手，針對曲面重建前步驟，提出基于特征保留的法向重定向的預處理方法，對泊松重建算法進行優化，在進行大量迭代計算任務前，保留原螺紋點云牙型特征的同時，降低點云點云數量，從而提升點云重構的細節保留能力和曲面重構的效率。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于點云數據的螺紋表面三維重構方法，其特征在于，包括如下操作步驟：

步驟1，原始點云采集：

通過搭建旋轉測量平臺與激光掃描儀相結合的方式完成螺紋點云的完整掃描輸入；

步驟2，數據空白點剔除：

點云輸入后，通過對點云數據進行空白點及異常點的剔除；

步驟3，特征點提?。?/p>

針對螺紋點云牙頂部分與牙底部分，采用曲率提取與harris3D方法(harris3D為一種點云處理方法)相結合的方式，進行特征提取；

步驟4，基于特征保留的點云簡化方法：

在特征點云提取后，在剩余部分進行降采樣濾波，將采樣后點云與特征提取后點云進行結合作為下一步驟的輸入，在保證采樣點滿足重建條件的前提下，從而減小重建算法的計算量,大大提高了重建的速度；

步驟5，點云法向估計以及一致性判定：

基于步驟4的輸入點云采用不同的半徑閾值的點云局部擬合法進行向量估計，在得出每個點云的法向量之后，進行法向量的方向判定，給定方向為正方向，每對相鄰點云求解法向量夾角，若夾角為銳角則方向不變，若為鈍角，則將后一向量進行反向；將最終結果與步驟4點云進行結合生成新的有向點云集；

步驟6，泊松重建：

基于步驟5的輸入點云及進行隱函數方法的泊松重建。

優選地，所述步驟1中的采集方式為用于旋轉平臺和激光掃描儀集合的方式采集，掃描儀支架是位于基于電機驅動的可勻速轉動的圓軌平臺，旋轉中心上放置待掃描的直立螺紋，掃描儀從某個位置及角度開始掃描，在掃描儀掃描的同時記錄三維點云信息，掃描儀繞中心旋轉360°后，完成螺紋外圈一周的掃描，以此獲得螺紋的三維空間坐標數據。

優選地，所述步驟步驟3中的點云特征點提取，采用曲率提取與harris3D方法相結合的方式進行螺紋點云牙頂與牙底部分提取，由此提取到螺紋表面坡度敏感位置的點云，為曲率變化較大的位置提供充足的點云數據，保證三角化網格數量足夠多，減小重構誤差。