專利名稱：點云提取系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種量測系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種點云提取系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著計算機硬件性能的提高及價格的降低，其在掃描系統(tǒng)中被大量的引入。做法一般是使用掃描裝置掃描產(chǎn)品以獲得組成該產(chǎn)品的點云(即由多個三維離散點組成的點的集合)，而后將點云數(shù)據(jù)輸入計算機，執(zhí)行相應(yīng)軟件對點云數(shù)據(jù)進行各種處理。在檢測產(chǎn)品時，通常需要對產(chǎn)品的局部進行檢測，然而，大部分掃描裝置在掃描產(chǎn)品時，無法精確到只掃描產(chǎn)品的某一個局部，因此，會產(chǎn)生許多的雜點。當(dāng)需要對某個局部檢測時，需要去除這些雜點，進而提取該局部的點云。傳統(tǒng)點云提取方法為:(1)根據(jù)操作人員的需求將點云旋轉(zhuǎn)到合適的角度；(2)利用多義線進行框選，去除大部分多余點；不斷重復(fù)步驟(I)與步驟(2)以對點云進行裁剪，直到操作人員認為不需要再進行剪切為止。該點云提取方法存在如下缺陷:(1)操作復(fù)雜，速度慢且容易出錯，例如，在裁剪一些復(fù)雜點云時，操作人員需要不斷地重復(fù)操作，如不斷地旋轉(zhuǎn)視角、不斷地用多義線去除不需要的點；(2)操作人員必須要有一定點云剪切及產(chǎn)品檢測的經(jīng)驗；(3)在裁剪一些復(fù)雜的多層點云時，利用視角及多義線不能精確地完成點云的提取
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種點云提取系統(tǒng)，可自動地從量測工件所獲得的點云中提取組成工件局部的點，其操作簡單、速度快且精度較高。還有必要提供一種點云提取方法，可自動地從量測工件所獲得的點云中提取組成工件局部的點，其操作簡單、速度快且精度較高。一種點云提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:接收模塊，用于接收工件的理論設(shè)計圖檔、實際量測該工件得到的點云，及理論設(shè)計圖檔中記載的工件的曲面與點云間的公差；對齊模塊，用于采用最佳擬合法將該曲面與點云進行對齊；點云粗過濾模塊，用于找出曲面的子對象分別在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，以建立曲面的最大包圍盒，并去除上述點云中不在該最大包圍盒中的點，以實現(xiàn)點云的粗過濾；點云精過濾模塊，用于根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，及點云中相鄰點間距的平均值，將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，并通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾；及輸出模塊，用于輸出上述點云精過濾步驟中過濾后所保留的點，并根據(jù)輸出的點繪制工件?！N點云提取方法，該方法包括:接收步驟，接收工件的理論設(shè)計圖檔、實際量測該工件得到的點云，及理論設(shè)計圖檔中記載的工件的曲面與點云間的公差；對齊步驟，采用最佳擬合法將該曲面與點云進行對齊；點云粗過濾步驟，找出曲面的子對象分別在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，以建立曲面的最大包圍盒，并去除上述點云中不在該最大包圍盒中的點，以實現(xiàn)點云的粗過濾；點云精過濾步驟，根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值,及點云中相鄰點間距的平均值,將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，并通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾；及輸出步驟，輸出上述點云精過濾步驟中過濾后所保留的點，并根據(jù)輸出的點繪制工件。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的點云提取系統(tǒng)及方法，可自動地從量測工件所獲得的點云中提取組成工件局部的點，無需操作人員來回旋轉(zhuǎn)視圖進行剪切，操作簡單、速度快且不易出錯，重復(fù)性較好，精度也較高。


圖1是本發(fā)明較佳實施例中的點云提取系統(tǒng)的運行環(huán)境示意圖。圖2是圖1中的點云精過濾模塊的功能細分圖。圖3是本發(fā)明較佳實施例中的點云提取方法的作業(yè)流程圖。圖4是圖3中步驟S7的具體作業(yè)流程圖。圖5是圖4中步驟S704的具體作業(yè)流程圖。圖6是圖5中步驟S50的具體作業(yè)流程圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種點云提取方法，其特征在于，該方法包括: 接收步驟，接收工件的理論設(shè)計圖檔、實際量測該工件得到的點云，及理論設(shè)計圖檔中記載的工件的曲面與點云間的公差； 對齊步驟，采用最佳擬合法將該曲面與點云進行對齊； 點云粗過濾步驟，找出曲面的子對象分別在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，以建立曲面的最大包圍盒，并去除上述點云中不在該最大包圍盒中的點，以實現(xiàn)點云的粗過濾； 點云精過濾步驟，根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，及點云中相鄰點間距的平均值，將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，并通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾；及 輸出步驟，輸出上述點云精過濾步驟中過濾后所保留的點，并根據(jù)輸出的點繪制工件。
2.如權(quán)利要求1所述的點云提取方法，其特征在于，所述通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾的步驟包括 :三角形與最小包圍盒關(guān)聯(lián)步驟，將所述曲面三角網(wǎng)格化以得到多個三角形組成的曲面，計算與分析各三角形是否與一個最小包圍盒相交，若有三角形與所述最小包圍盒相交，則將該三角形的標識加入到該最小包圍盒的數(shù)組中，以實現(xiàn)三角形與最小包圍盒的關(guān)聯(lián)；點云與最小包圍盒關(guān)聯(lián)步驟，計算各點所在的最小包圍盒的下標nG，并判斷下標為nG的最小包圍盒是否有相交的三角形，若有，則將該點與該最小包圍盒關(guān)聯(lián) '及 過濾步驟，過濾掉上述未與三角形關(guān)聯(lián)的最小包圍盒及上述未與最小包圍盒關(guān)聯(lián)的點，計算過濾后保留下來的各點到與對應(yīng)的最小包圍盒中關(guān)聯(lián)的三角形上的最小距離，若該最小距離大于所述公差，過濾掉該點，以及當(dāng)保留下來的點中有點的法向與計算出的最小距離對應(yīng)的三角形的法向不一致時，過濾掉該點。
3.如權(quán)利要求2所述的點云提取方法，其特征在于，所述計算與分析各三角形是否與一個最小包圍盒相交的步驟包括: 去除與二角形不相關(guān)的最小包圍盒； 以三角形平面與最小包圍盒各邊線的交點為切割點，當(dāng)該切割點在該三角形平面對應(yīng)的三角形內(nèi)時，判定該三角形與該最小包圍盒相交； 當(dāng)三角形的各頂點在最小包圍盒內(nèi)時，判定該三角形與該最小包圍盒相交；及計算出三角形各邊與最小包圍盒的面的交點，若該交點在該最小包圍盒上，則判定該三角形與該最小包圍盒相交。
4.如權(quán)利要求3所述的點云提取方法，其特征在于，所述步驟去除與三角形不相關(guān)的最小包圍盒包括: 根據(jù)最小包圍盒的外接球原則，為各最小包圍盒建立外接球，并獲取外接球的圓心和半徑； 求與最小包圍盒關(guān)聯(lián)的三角形所構(gòu)成的三角形平面； 判斷最小包圍盒的中心點即對應(yīng)的外接球的圓心與該三角形平面間的距離是否大于外接球的半徑； 若該距離小于或等于所述外接球的半徑，則判定該三角形與所述最小包圍盒相交； 若該距離大于所述外接球的半徑，則過濾掉該最小包圍盒。
5.如權(quán)利要求1所述的點云提取方法，其特征在于，所述曲面的子對象包括點、線、面、圓、圓柱、圓錐、圓球、曲線、三角面。
6.一種點云提取系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括: 接收模塊，用于接收工件的理論設(shè)計圖檔、實際量測該工件得到的點云，及理論設(shè)計圖檔中記載的工件的曲面與點云間的公差； 對齊模塊，用于采用最佳擬合法將該曲面與點云進行對齊； 點云粗過濾模塊，用于找出曲面的子對象分別在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，以建立曲面的最大包圍盒，并去除上述點云中不在該最大包圍盒中的點，以實現(xiàn)點云的粗過濾； 點云精過濾模塊，用于根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，及點云中相鄰點間距的平均值，將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，并通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾；及 輸出模塊，用于輸出上述點云精過濾步驟中過濾后所保留的點，并根據(jù)輸出的點繪制工件。
7.如權(quán)利要求6所述的點云提取系統(tǒng)，其特征在于，所述點云精過濾模塊包括: 盒子創(chuàng)建子模塊，用于根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，及點云中相鄰點間距的平均值，將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，每個最小包圍盒對應(yīng)一個包圍盒數(shù)組； 三角形與最小包圍盒關(guān)聯(lián)子模塊，用于將所述曲面三角網(wǎng)格化以得到多個三角形組成的曲面，計算與分析各三角形是否與一個最小包圍盒相交，若有三角形與所述最小包圍盒相交，則將該三角形的標識加入到該最小包圍盒的數(shù)組中，以實現(xiàn)三角形與最小包圍盒的關(guān)聯(lián); 點云與最小包圍盒關(guān)聯(lián)子模塊，用于計算各點所在的最小包圍盒的下標nG，并判斷下標為nG的最小包圍盒是否有相交的三角形，若有，則將該點與該最小包圍盒關(guān)聯(lián)；及 過濾子模塊，用于過濾掉上述未與三角形關(guān)聯(lián)的最小包圍盒及上述未與最小包圍盒關(guān)聯(lián)的點，計算過濾后保留下來的各點到與對應(yīng)的最小包圍盒中關(guān)聯(lián)的三角形上的最小距離，若該最小距離大于所述公差，過濾掉該點，以及當(dāng)保留下來的點中有點的法向與計算出的最小距離對應(yīng)的三角形的法向不一致時，過濾掉該點。
8.如權(quán)利要求7所述的點云提取系統(tǒng)，其特征在于，所述三角形與最小包圍盒關(guān)聯(lián)子模塊計算與分析各三角形是否與一個最小包圍盒相交包括如下步驟: 去除與二角形不相關(guān)的最小包圍盒； 以三角形平面與最小包圍盒各邊線的交點為切割點，當(dāng)該切割點在該三角形平面對應(yīng)的三角形內(nèi)時，判定該三角形與該最小包圍盒相交； 當(dāng)三角形的各頂點在最小包圍盒內(nèi)時，判定該三角形與該最小包圍盒相交；及 計算出三角形各邊與最小包圍盒的面的交點，若該交點在該最小包圍盒上，則判定該三角形與該最小包圍盒相交。
9.如權(quán)利要求8所述的點云提取系統(tǒng)，其特征在于，所述三角形與最小包圍盒關(guān)聯(lián)子模塊通過以下步驟執(zhí)行去除與三角形不相關(guān)的最小包圍盒: 根據(jù)最小包圍盒的外接球原則，為各最小包圍盒建立外接球，并獲取外接球的圓心和半徑； 求與最小包圍盒關(guān)聯(lián)的三角形所構(gòu)成的三角形平面； 判斷最小包圍盒的中心點即對應(yīng)的外接球的圓心與該三角形平面間的距離是否大于外接球的半徑； 若該距離小于或等于所述外接球的半徑，則判定該三角形與所述最小包圍盒相交；及 若該距離大于所述外接球的半徑，則過濾掉該最小包圍盒。
10.如權(quán)利要求6所述的點云提取系統(tǒng)，其特征在于，所述曲面的子對象包括點、線、面、圓、圓柱、圓錐、圓 球、曲線、三角面。
全文摘要
一種點云提取方法，包括接收工件的理論設(shè)計圖檔、實際量測該工件得到的點云，及理論設(shè)計圖檔中記載的工件的曲面與點云間的公差；采用最佳擬合法將該曲面與點云進行對齊；找出曲面的子對象分別在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，以建立曲面的最大包圍盒，并去除上述點云中不在該最大包圍盒中的點，以實現(xiàn)點云的粗過濾；根據(jù)上述子對象在X軸、Y軸和Z軸上的最大坐標值和最小坐標值，及點云中相鄰點間距的平均值，將上述最大包圍盒劃分成多個最小包圍盒，并通過精過濾條件對上述粗過濾后所保留的點再次進行過濾；及輸出上述點云精過濾步驟中過濾后所保留的點，并根據(jù)輸出的點繪制工件。本發(fā)明還提供一種點云提取系統(tǒng)。
文檔編號G06T5/00GK103164842SQ20111041695
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者張旨光, 吳新元, 楊根 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司