基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法。旨在解決當(dāng)前點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理缺少交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法的技術(shù)問題，本方法主要由（1）由點(diǎn)云數(shù)據(jù)的渲染；（2）求解經(jīng)過給定像素點(diǎn)的用戶視線方程；（3）篩選用戶視線附近的點(diǎn)云；（4）提取用戶視線附近點(diǎn)云中的有效點(diǎn)集；（5）曲面擬合有效點(diǎn)集；（6）求解用戶視線和擬合曲面的交點(diǎn)共六大步驟予以實(shí)現(xiàn)；借助本方法可以將鼠標(biāo)的窗口動(dòng)作映射為對(duì)物體表面的操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式操作。
【專利說明】基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分析處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著3D激光掃描技術(shù)的成熟，快速獲取大量、高精度的物體表面的坐標(biāo)點(diǎn)云成為現(xiàn)實(shí)。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在點(diǎn)云的去噪、簡(jiǎn)化、特征估計(jì)、特征點(diǎn)(線)提取、骨架提取、曲面重構(gòu)等方面作了大量研究，特別是以“點(diǎn)云獲取一點(diǎn)云預(yù)處理一點(diǎn)云的曲面重建重構(gòu)”為方法主線的逆向工程的發(fā)展，極大的促進(jìn)了點(diǎn)云在虛擬現(xiàn)實(shí)、生物醫(yī)學(xué)、逆向工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。目前，點(diǎn)云的處理方法大都集中在逆向工程和特征提取(特征點(diǎn)、骨架等)方面，缺少交互式的處理方法(例如，點(diǎn)云的交互式選取、修補(bǔ)、幾何參數(shù)測(cè)量、分割等)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，提供一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，旨在解決當(dāng)前點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法大都集中在逆向工程和特征提取(特征點(diǎn)、骨架等)方面，缺少交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法的技術(shù)問題。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
[0005]設(shè)計(jì)一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，首先定義屏幕像素點(diǎn)到物體表面的映射點(diǎn)為經(jīng)過該像素點(diǎn)的用戶視線沿視線方向和物體第一次相交的交點(diǎn)；所述屏幕像素點(diǎn)到物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的映射確定包括以下步驟:
1.點(diǎn)云數(shù)據(jù)的渲染，用于將采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏幕上的渲染，并確定像素點(diǎn)的位置。
[0006]2.求解給定像素點(diǎn)的用戶視線方程；所述用戶視線方程為:f (t)=PQ+VQt(l)，其中t為函數(shù)參數(shù),Ptl為像素點(diǎn)的窗口坐標(biāo)在點(diǎn)云坐標(biāo)系中的坐標(biāo),Vtl為用戶視線方向向量在點(diǎn)云坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示。
[0007]3.篩選用戶視線附近的點(diǎn)云；該步驟包括:遍歷點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)Pi (i=0,1, 2，…
n);并按式
【權(quán)利要求】
1.一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:首先設(shè)定屏幕像素點(diǎn)到物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的映射點(diǎn)為經(jīng)過該像素點(diǎn)的用戶視線沿視線方向和物體第一次相交的交點(diǎn)；所述屏幕像素點(diǎn)到物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的映射的確定包括以下步驟: ①點(diǎn)云數(shù)據(jù)的渲染，用于負(fù)責(zé)將采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏幕上的渲染，并確定像素點(diǎn)的位置； ②求解經(jīng)過給定像素點(diǎn)的用戶視線方程； ③篩選用戶視線附近的點(diǎn)云； ④提取用戶視線附近點(diǎn)云中的有效點(diǎn)集； ⑤曲面擬合有效點(diǎn)集； ⑥計(jì)算用戶視線方程和擬合曲面的交點(diǎn)，即為像素點(diǎn)到點(diǎn)云表面的映射點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:在所述步驟②中，所述的用戶視線方程為式:
f (t) =P0+v0t (I), 其中t為函數(shù)參數(shù)，P0為像素點(diǎn)的窗口坐標(biāo)在點(diǎn)云坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，V0為用戶視線方向向量在點(diǎn)云坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示。
3.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:步驟③包括:遍歷點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)Pi,并按式(2):

4.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于: 所述步驟④中提取用戶視線附近點(diǎn)云中的有效點(diǎn)集包括如下步驟: (1)對(duì)用戶視線附近點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)Pi，設(shè)定Xi為其到用戶視點(diǎn)的距離在用戶視線方向上的投影； (2)構(gòu)造線性表Lp，存入用戶視線附近的點(diǎn)云并按其對(duì)應(yīng)的Xi由小到大排序； (3)計(jì)算Lp中相鄰兩點(diǎn)Xi的變化量，并順序存入新的線性表Lx中； (4)設(shè)定η”n2作為異常值判斷的閾值，H1為準(zhǔn)異常值的閾值，其表示應(yīng)繼續(xù)檢測(cè)下一個(gè)元素做判斷，n2為異常值的閾值； (5)建立集合Sp作為有效點(diǎn)集，初始化為L(zhǎng)p的前三個(gè)元素； (6)建立數(shù)組Ix，用于保存計(jì)算中的Xi的增加量，初始化為L(zhǎng)x的前兩個(gè)元素，并設(shè)定循環(huán)變量i=4 ； (7)當(dāng)i>n時(shí)，停止并退出，nSLp的長(zhǎng)度； (8)計(jì)算Ix的中元素的平均值Iavg和標(biāo)準(zhǔn)差I(lǐng)std； (9)執(zhí)行tmp=Lx[1-l]-1x[1-2],如果 I^p-Dn1XIstd 轉(zhuǎn)到(11)； (10)將1^[1]放入集合Sp中，將Lx[1-1]存入Ix，i=i+l，轉(zhuǎn)到(7)； (11)如果tmp-1avg>n2XIstd,則表示到達(dá)下一個(gè)表面,停止并退出；(12)執(zhí)行tmp=Lx[i]-1x[1-2],如果 tmp-1avg>n2XIstd,停止并退出； (13)將1LP[i]，LP[i+1]放入集合Sp 中，將 Lx[i-l]，Lx[i-2]存入 Ix，執(zhí)行 i=i+2 轉(zhuǎn)到(7)； (14)當(dāng)算法停止并退出時(shí)，集合Sp即為用戶視線附近點(diǎn)云中的有效的點(diǎn)集。
5.如權(quán)利要求4所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:所述 1^=4，n2=5。
6.如權(quán)利要求1所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:所述步驟⑤包括:首先設(shè)定平面方程為z=-Ax-By+D，則平面方程的最小二乘的誤差為式:
7.如權(quán)利要求1、2或6所述的基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的交互式選取物體表面坐標(biāo)點(diǎn)的方法，其特征在于:所述步驟⑥包括:聯(lián)立式⑴、式⑷求解視線和擬合曲面的交點(diǎn)，該點(diǎn)即為像素點(diǎn)到點(diǎn)云表面的映射點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】G06T19/00GK103914871SQ201410080418
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】席磊, 汪強(qiáng), 馬新明, 侯志遠(yuǎn), 張 浩, 鄭光, 冀亞麗, 徐鑫 申請(qǐng)人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)