基于三維點云的特征面構建方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及空間信息技術領域，尤其涉及一種基于三維點云的特征面構建方法及 裝置。
【背景技術】
[0002] 三維點云是在同一空間參考系下表達目標空間分布和目標表面特性的海量點集 合。通常由三維激光掃描儀或影像采集設備獲取得到，一般包含點云的三維坐標和其它物 理特征。三維散亂點云不受物體表面連續(xù)性約束，也不需要維護各點之間的拓撲關系，極大 簡化了實體表示方法，表現(xiàn)出極大的靈活性和廣泛性。隨著儀器設備的發(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)模的復雜三維點云數(shù)據(jù)。
[0003] 現(xiàn)有的基于三維點云的特征面構建方法主要有兩種，第一種是將目標物體的海量 三維點云數(shù)據(jù)抽稀后，進行網(wǎng)格模型處理，進而生成物體的矢量化三維模型并得到目標物 體特征點線面，這種方法效率較低且三維點云數(shù)據(jù)抽稀過程中易損失點位信息；第二種是 采用復雜的三維坐標轉換方法，如羅德里格矩陣等，將原有的三維點云數(shù)據(jù)全部轉換到特 定坐標系下，以便于對特征面的點云數(shù)據(jù)進行提取，此種方法實施起來較為復雜，且一般針 對特定軸線或邊界位置的特征面進行提取，適用范圍窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于三維點云的特征面構建方法及裝 置，實現(xiàn)了作業(yè)效率高、通用性好的特征面構建，滿足了使用要求。
[0005] 本發(fā)明實施例提供一種基于三維點云的特征面構建方法，包括如下步驟：
[0006] 采集目標物體的三維點云數(shù)據(jù)；
[0007] 確定所述目標物體的待構建的特征面所在的平面；
[0008] 分別計算所述三維點云數(shù)據(jù)中的每個點到所述平面的距離；
[0009] 獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中到所述平面的距離小于預設的閾值的所有點；
[0010] 獲取所述所有點在所述平面上的所有投影點；
[0011] 根據(jù)所述所有投影點構建所述待構建的特征面。
[0012] 作為上述方案的改進，在所述采集目標物體的三維點云數(shù)據(jù)之后，在所述確定所 述目標物體的待構建的特征面所在的平面之前，還包括：
[0013] 對所述三維點云數(shù)據(jù)進行預處理，并將所述三維點云數(shù)據(jù)轉換到同一空間直角 坐標系中。
[0014] 作為上述方案的改進，所述確定所述目標物體的待構建的特征面所在的平面，具 體包括：
[0015] 通過獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個點確定所述目標物體的待構 建的特征面所在的平面。
[0016] 作為上述方案的改進，所述確定所述目標物體的待構建的特征面所在的平面，具 體包括：
[0017] 獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個點的坐標，分別SP1 O^yDZ1), f*2 (X2, 5? Z2)和 (X3, y"3，Z3);
[0018] 根據(jù)所述不共線的三個點計算所述待構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，通過以下公式分別計算所述三維點云數(shù)據(jù)中的每個點到所 述平面的距離I1Q = 1，2,......η):
[0021] 其中，η為所述三維點云數(shù)據(jù)的點的總數(shù)，P1O^y11Z 1)為所述三維點云數(shù)據(jù)中的 任意一點坐標。
[0022] 作為上述方案的改進，通過以下步驟獲取所述所有點在所述平面上的所有投影 占.
[0023] 計算所述所有點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為所述所有點的總數(shù)，
[0024] 通過所述投影參數(shù)計算所述所有點P1O^y1, Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面 的投影點 Qi (Xtji, yoi, zQi) (i = 1，2,......m)的坐標，其中，xQi= x「ati，yQi= y ^btpZtji = Zi-CtiO
[0025] 本發(fā)明實施例還提供一種基于三維點云的特征面構建裝置，包括：
[0026] 采集模塊，用于采集目標物體的三維點云數(shù)據(jù)；
[0027] 平面確定模塊，用于確定所述目標物體的待構建的特征面所在的平面；
[0028] 距離計算模塊，用于分別計算所述三維點云數(shù)據(jù)中的每個點到所述平面的距離；
[0029] 第一獲取模塊，用于獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中到所述平面的距離小于預設的閾值 的所有點；
[0030] 第二獲取模塊，用于獲取所述所有點在所述平面上的所有投影點；
[0031] 特征面構建模塊，用于根據(jù)所述所有投影點構建所述待構建的特征面。
[0032] 作為上述方案的改進，所述基于三維點云的特征面構建裝置還包括：
[0033] 預處理模塊，用于對所述三維點云數(shù)據(jù)進行預處理，并將所述三維點云數(shù)據(jù)轉換 到同一空間直角坐標系中。
[0034] 作為上述方案的改進，所述平面確定模塊，具體包括：
[0035]點獲取模塊，用于獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中指定的不共線的三個點的坐標，分別 為 P1 (X1, y!，Z1)，P2 (x2, y2, Z2)和 P3 (x3, y3, Z3);
[0036] 平面計算模塊，用于根據(jù)所述不共線的三個點計算所述待構建的斷面所在的平 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，所述第二獲取模塊，具體包括：
[0038] 第一計算模塊，用于計算所述所有點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為所述所有點的總數(shù)，
[0039] 第二計算模塊，用于通過所述投影參數(shù)計算所述所有點P1O^y1, Z1) (i = 1, 2,......m)到所述平面的投影點Qi(xQi, yQi, zQi) (i = 1, 2,......m)的坐標，其中，xQi = Xj-Sti, Ygi - Y ^bti, Zgi - Z i-Cti ο
[0040] 本發(fā)明實施例提供的基于三維點云的特征面構建方法及裝置，通過對目標物體的 三維點云數(shù)據(jù)進行處理與篩選，獲取所述三維點云數(shù)據(jù)中到待構建的特征面所在的平面的 距離小于預設的閾值的所有點，然后，獲取所述所有點在所述平面上的所有投影點，最后， 根據(jù)所述所有投影點構建待構建的特征面。此方法簡明便捷，實現(xiàn)了作業(yè)效率高，通用性好 的特征面構建。
【附圖說明】
[0041] 為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實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)明的一些實施方式，對于本領域普 通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0042] 圖1是本發(fā)明實施例提供的基于三維點云的特征面構建方法的流程示意圖。
[0043] 圖2是本發(fā)明實施例提供的由不共線的三點計算平面方程的原理示意圖。
[0044] 圖3是本發(fā)明實施例提供的平面外一點在平面的投影點的示意圖。
[0045] 圖4是本發(fā)明實施例提供的基于三維點云的特征面構建裝置的結構示意圖。
[0046] 圖5是圖4所示的平面確定模塊的結構示意圖。
[0047] 圖6是圖4所示的第二獲取模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0049] 本發(fā)明實施例提供一種基于三維點云的特征面構建方法及裝置，實現(xiàn)了作業(yè)效率 高、通用性好的特征面構建。下面分別進行詳細的描述。