[發(fā)明專利]基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011115879.6
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN112233248A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐文彪;譚棟文;鄭培亮;馮秋平;劉勝祥;劉震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東省計(jì)量科學(xué)研究院（華南國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心）
• 主分類號(hào): G06T17/20
• 分類號(hào): G06T17/20;G06T3/40;G06T7/00
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 常柯陽(yáng)

本發(fā)明的提供基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，方法包括對(duì)待測(cè)表面進(jìn)行三維點(diǎn)云采集，獲取若干采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)形成點(diǎn)云，將點(diǎn)云轉(zhuǎn)化為有序點(diǎn)陣；構(gòu)建第一參考窗口，根據(jù)第一參考窗口遍歷有序點(diǎn)陣，完成遍歷后根據(jù)元素構(gòu)成第一矩陣；根據(jù)第一矩陣得到平整度圖像，并通過性能指標(biāo)公式得到平整度，根據(jù)平整度圖像，確定待測(cè)表面的缺陷點(diǎn)；方法基于自然鄰點(diǎn)插值法構(gòu)建局部曲面作為參考面，從而能適用于各種表面的檢測(cè)；不僅能夠精確的反應(yīng)待檢測(cè)表面的缺陷點(diǎn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)缺陷點(diǎn)的不平整程度的量化，為表面質(zhì)量檢測(cè)等相關(guān)工序提供更為可靠的數(shù)據(jù)支持，可廣泛應(yīng)用于表面缺陷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面缺陷檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)

近年來，三維激光掃描技術(shù)在研究領(lǐng)域越來越受到關(guān)注。它利用激光測(cè)距的原理，通過在被測(cè)物體表面記錄三維坐標(biāo)，反射率和大量密集點(diǎn)的其他信息，可以快速重建被測(cè)物體的三維模型。三維激光掃描技術(shù)已成為一種普遍的低成本技術(shù)，已在建筑，土木工程，建筑監(jiān)測(cè)，災(zāi)難評(píng)估，船舶設(shè)計(jì)，數(shù)字城市，軍事分析等領(lǐng)域中進(jìn)行了許多嘗試，應(yīng)用和探索。在計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域，三維激光掃描技術(shù)主要用于兩個(gè)方面，一是體積計(jì)量，如用于測(cè)量大型儲(chǔ)罐的容積、測(cè)量大型堆體(如煤堆，谷堆)的體積；二是缺陷檢測(cè)，例如針對(duì)大型儲(chǔ)罐側(cè)立面受壓產(chǎn)生的形變檢測(cè)，建筑工程中混凝土預(yù)制板的平整度檢測(cè)，在鋼鐵工業(yè)中檢測(cè)鋼板的平整度檢測(cè)，造船業(yè)中地板/甲板的焊接質(zhì)量檢測(cè)以及飛機(jī)外表面缺陷檢測(cè)。

針對(duì)檢測(cè)表面平整度這一目標(biāo)，最初的工作主要集中在可視化點(diǎn)云與參考面的偏差，而沒有利用算法來對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)和表征。美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)提出一種F-Number系統(tǒng)來量化混凝土表面的平整度，其測(cè)量每英尺相隔點(diǎn)的高程，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算F-Number。這一方法使用稀疏測(cè)量(相距0.3m)作為表面質(zhì)量評(píng)估算法的輸入，并生成全局表面質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，該結(jié)果不包括有關(guān)各個(gè)表面缺陷的詳細(xì)信息，例如尺寸和位置，即獲知表面上存在多少缺陷以及缺陷的位置。其后，一些研究的通過提取平整度相關(guān)的幾何指標(biāo)包括最大高差，最大斜率和平板的輪廓圖案，來對(duì)表面的平整度進(jìn)行評(píng)價(jià)。與基于F-Number的方法類似，這些度量可以在全局級(jí)別上測(cè)量表面質(zhì)量，但不能表示有關(guān)局部表面質(zhì)量的信息。

平面缺陷檢測(cè)目標(biāo)是識(shí)別點(diǎn)云內(nèi)與參考水平面的垂直偏差超過指定限制的表面區(qū)域。參考水平面代表表面的理想形狀。為了檢測(cè)垂直偏差區(qū)域，必須首先設(shè)置參考平面，然后計(jì)算收集的表面點(diǎn)和參考平面之間的垂直距離。可以通過將平面與所有表面點(diǎn)擬合來獲得參考平面，也可以從CAD模型中提取參考平面，或者預(yù)先指定參考平面。關(guān)于計(jì)算實(shí)際曲面和參考平面之間的垂直距離，一種選擇是計(jì)算點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)到參考平面的垂直距離，另一種選擇是將局部平面擬合到小的點(diǎn)子集并計(jì)算局部平面中心到參考平面垂直方向的距離。由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲會(huì)影響偏差模式檢測(cè)，可以先濾除噪聲以提高缺陷檢測(cè)精度。噪聲過濾的一種方法是對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行濾波，另一種方法是在計(jì)算垂直偏差后對(duì)垂直偏差進(jìn)行濾波。對(duì)得到的垂直偏差進(jìn)行閾值鑒別，從而篩選出具有缺陷的點(diǎn)。

由于上述研究依賴于對(duì)表面進(jìn)行稀疏測(cè)量的采樣，因此存在局限性。現(xiàn)有的其他表面缺陷檢測(cè)技術(shù)的局限性還體現(xiàn)在：現(xiàn)有的技術(shù)方案只能找到缺陷點(diǎn)，未能對(duì)不平整度進(jìn)行量化；現(xiàn)有技術(shù)僅針對(duì)平面的不平整度進(jìn)行檢測(cè)，而無法針對(duì)曲面進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為至少部分解決上述技術(shù)問題之一，本發(fā)明實(shí)施例目的在于提供基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法，基于自然鄰點(diǎn)插值法構(gòu)建局部曲面作為參考面，從而能適用于各種表面的檢測(cè)；同時(shí)本發(fā)明的實(shí)施例還提供可以對(duì)應(yīng)實(shí)現(xiàn)基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法的系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了基于三維點(diǎn)云的表面平整度的檢測(cè)方法，其包括以下步驟：

對(duì)待測(cè)表面進(jìn)行三維點(diǎn)云采集，獲取若干采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)形成點(diǎn)云，將點(diǎn)云轉(zhuǎn)化為有序點(diǎn)陣；