[发明专利]一种三维点法向量的计算方法

说明书

技术领域

本项技术属于三维物体表面轮廓测量领域。 

背景技术

点的法向量是点云的一个重要属性，高质量的点云绘制主要依赖于点的法向量，许多表面重建算法也需要借助于点的法向量。由于点云数据的非结构化特性，点与点之间不具有结构关系，因此，在计算点的法向量的过程中，首先在点云中寻找点的K个邻近点，再由邻近点拟合平面，将平面的法向量作为点的法向量。其中寻找邻近点的过程需要耗费大量的计算时间。 

发明内容

本项发明中，法矢量的计算不是从已经失去了结构化信息的点云出发，而是从光学三维轮廓测量中的视差图出发。视差图存储在M行N列的二维数组A中，A中的元素是视差，由每个视差计算所得的三维点的三个分量X、Y、Z分别存储在与该视差相对应的三个M行N列的二维数组X、Y、Z中，对二维数组X、Y、Z采用模板法取得三维点B的K个邻近点，由B的K个邻近点拟合平面，将平面的法向量作为B点的法向量。本项技术利用了视差图中的结构信息，计算三维点的法向矢量，大大提高了法向矢量的计算速度，通过调整模板的范围，就可以调整邻近点数，从而获得不同质量的法向矢量。 

具体实施方式

在投射面结构光的光学三维轮廓测量技术中，三维点云数据是基于视差图生成的。视差图在计算机中表示为M行N列的二维数组，由于物体表面的不连续和遮挡原因，视差图中会有部分数据数据缺失，基于视差图，可以生成M*N个三维点，三维点的三个分量分别存储在M行N列的三个数组X，Y，Z中，对应于视差图缺失部分，在X，Y，Z三个数组中可以用特殊数字8192.00表示。 

采用5*5的模板M行N列的X数组上滑动，在X，Y，Z三个数组中取出模板范围内的25个三维点，通过判断X分量的数据是否为8192.00可以判定该点是否为数据缺失点，原则上通过不在一条直线上的三个点都可以拟合平面，求取法向量，为提高法向量计算的质量，设定缺失数据不允许超过12个，超过限定值，则不计算该点的法向量。剔除数据缺失点后，用剩余的点建立协方差矩阵M，对M进行特征值分解，对应于M的最小特征值的特征向量，即为该点的法向量。