基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空間信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法及 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 三維點(diǎn)云是在同一空間參考系下表達(dá)目標(biāo)空間分布和目標(biāo)表面特性的海量點(diǎn)集 合。通常由三維激光掃描儀或影像采集設(shè)備獲取得到，一般包含點(diǎn)云的三維坐標(biāo)和其它物 理特征。三維散亂點(diǎn)云不受物體表面連續(xù)性約束，也不需要維護(hù)各點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，極大 簡化了實(shí)體表示方法，表現(xiàn)出極大的靈活性和廣泛性。隨著儀器設(shè)備的發(fā)展、三維數(shù)據(jù)獲取 精度和效率不斷提高，出現(xiàn)了越來越大規(guī)模的復(fù)雜三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0003] 現(xiàn)有的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法主要有兩種，第一種是將目標(biāo)物體的海量 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀后，進(jìn)行網(wǎng)格模型處理，進(jìn)而生成物體的矢量化三維模型并得到目標(biāo)物 體特征點(diǎn)線面，這種方法效率較低且三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀過程中易損失點(diǎn)位信息；第二種是 采用復(fù)雜的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，如羅德里格矩陣等，將原有的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)換到特 定坐標(biāo)系下，以便于對(duì)特征面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，此種方法實(shí)施起來較為復(fù)雜，且一般針 對(duì)特定軸線或邊界位置的特征面進(jìn)行提取，適用范圍窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法及裝 置，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)效率高、通用性好的特征面構(gòu)建，滿足了使用要求。
[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法，包括如下步驟：
[0006] 采集目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0007] 確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面；
[0008] 分別計(jì)算所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)到所述平面的距離；
[0009] 獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到所述平面的距離小于預(yù)設(shè)的閾值的所有點(diǎn)；
[0010] 獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影點(diǎn)；
[0011] 根據(jù)所述所有投影點(diǎn)構(gòu)建所述待構(gòu)建的特征面。
[0012] 作為上述方案的改進(jìn)，在所述采集目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，在所述確定所 述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面之前，還包括：
[0013] 對(duì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一空間直角 坐標(biāo)系中。
[0014] 作為上述方案的改進(jìn)，所述確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面，具 體包括：
[0015] 通過獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個(gè)點(diǎn)確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu) 建的特征面所在的平面。
[0016] 作為上述方案的改進(jìn)，所述確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面，具 體包括：
[0017] 獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別SP1 O^yDZ1), f*2 (X2, 5? Z2)和 (X3, y"3，Z3);
[0018] 根據(jù)所述不共線的三個(gè)點(diǎn)計(jì)算所述待構(gòu)建的特征面所在的平面，所述平面的方程 為：ax+by+cz+d = 0,其中，a = (Yfy1) (Z3-Z1)-(Y3-Y1) (Z2-Z1)A = (Z2-Z1) (X3-X1)-(Z3-Z1) (X2-X1)，c = (X2-X1) (Y3I1)-(X3-X1) (Y2I1)，d = -axfbyfcz! 〇
[0019] 作為上述方案的改進(jìn)，通過以下公式分別計(jì)算所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)到所 述平面的距離I1Q = 1，2,......η):
[0021] 其中，η為所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)的總數(shù)，P1O^y11Z 1)為所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的 任意一點(diǎn)坐標(biāo)。
[0022] 作為上述方案的改進(jìn)，通過以下步驟獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影 占.
[0023] 計(jì)算所述所有點(diǎn)Pi (Xi, y;，Zi) (i = 1，2,......m)到所述平面的投影參數(shù)h (i = 1,2,......m)，其中，m為所述所有點(diǎn)的總數(shù)，
[0024] 通過所述投影參數(shù)計(jì)算所述所有點(diǎn)P1O^y1, Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面 的投影點(diǎn) Qi (Xtji, yoi, zQi) (i = 1，2,......m)的坐標(biāo)，其中，xQi= x「ati，yQi= y ^btpZtji = Zi-CtiO
[0025] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建裝置，包括：
[0026] 采集模塊，用于采集目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0027] 平面確定模塊，用于確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面；
[0028] 距離計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)到所述平面的距離；
[0029] 第一獲取模塊，用于獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到所述平面的距離小于預(yù)設(shè)的閾值 的所有點(diǎn)；
[0030] 第二獲取模塊，用于獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影點(diǎn)；
[0031] 特征面構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述所有投影點(diǎn)構(gòu)建所述待構(gòu)建的特征面。
[0032] 作為上述方案的改進(jìn)，所述基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建裝置還包括：
[0033] 預(yù)處理模塊，用于對(duì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 到同一空間直角坐標(biāo)系中。
[0034] 作為上述方案的改進(jìn)，所述平面確定模塊，具體包括：
[0035]點(diǎn)獲取模塊，用于獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別 為 P1 (X1, y!，Z1)，P2 (x2, y2, Z2)和 P3 (x3, y3, Z3);
[0036] 平面計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述不共線的三個(gè)點(diǎn)計(jì)算所述待構(gòu)建的斷面所在的平 面，所述平面的方程為 ax+by+cz+d = 0,其中，a = (Y2I1) (Z3-Z1)-(Y3I1) (Z2-Z1)，b = (Z2-Z1) (X3-X1)-(Z3-Z1) (X2-X1)，c = (X2-X1) (Yfy1)-(X3-X1) (Y2-Y1)，d = -axfbyfCZp
[0037] 作為上述方案的改進(jìn)，所述第二獲取模塊，具體包括：
[0038] 第一計(jì)算模塊，用于計(jì)算所述所有點(diǎn)P1 (Xl，yi，Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面 LlN 丄UO丄(654800 Λ 、" ^ 0/丄U JA 的投影參數(shù)tji = 1，2,......m)，其中，m為所述所有點(diǎn)的總數(shù)，
[0039] 第二計(jì)算模塊，用于通過所述投影參數(shù)計(jì)算所述所有點(diǎn)P1O^y1, Z1) (i = 1, 2,......m)到所述平面的投影點(diǎn)Qi(xQi, yQi, zQi) (i = 1, 2,......m)的坐標(biāo)，其中，xQi = Xj-Sti, Ygi - Y ^bti, Zgi - Z i-Cti ο
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法及裝置，通過對(duì)目標(biāo)物體的 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與篩選，獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到待構(gòu)建的特征面所在的平面的 距離小于預(yù)設(shè)的閾值的所有點(diǎn)，然后，獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影點(diǎn)，最后， 根據(jù)所述所有投影點(diǎn)構(gòu)建待構(gòu)建的特征面。此方法簡明便捷，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)效率高，通用性好 的特征面構(gòu)建。
【附圖說明】
[0041] 為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作 簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0042] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法的流程示意圖。
[0043] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的由不共線的三點(diǎn)計(jì)算平面方程的原理示意圖。
[0044] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的平面外一點(diǎn)在平面的投影點(diǎn)的示意圖。
[0045] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖5是圖4所示的平面確定模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖6是圖4所示的第二獲取模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0049] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法及裝置，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)效率 高、通用性好的特征面構(gòu)建。下面分別進(jìn)行詳細(xì)的描述。