[发明专利]一种基于三维曲面的原木直径测算方法

权利要求书

1.一种基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.使用三维扫描设备于原木运输传送带一侧对原木进行扫描，获取原木侧面的三维点云；

S2.对获取的三维点云进行背景去除、去噪处理，得到原木侧面的轮廓点；

S3.对原木侧面的轮廓点按原木横截面方向进行切片，并将切片投影在平面上，切片上的轮廓点形成一圆弧，对圆弧上的轮廓点进行多次拟合，得到相应的圆；

S4.分别计算圆弧上的轮廓点与拟合的各个圆的拟合度，选取拟合度高于某一设定阈值的圆的直径作为原木的直径进行输出；

所述去噪处理包括对远离群点和近离群点进行去除处理，其中远离群点表现为三维空间中一小团聚在一起而又随机分布的孤立点，采用区域增长的方法滤除；近离群点表现为距离曲面有一定距离的单个跳变点，其利用以下方法进行判定：

设三维点云上的点k，其不包含点k邻域NB^k定义为：

也即对于任意一点p，不包含该点k邻域NB^k(p)为除p点外距离p最近的k点的集合；

而包含点k的邻域B^k定义为：

B^k(p)＝{NB^k(p)∪p}

采用基于二次曲面拟合的曲率计算方法计算该点处平均曲率γ₀；

γ₁，γ₂，γ₃为k邻域点在三个主要方向的曲率，σ_k(p)即为k邻域点的曲率变化；

近离群点的判断值计算为包含点k邻域点曲率变化比上不包含点k邻域点曲率变化值θ(p)；

采用计算潜在离群点中每一点的θ(p)值，将θ(p)值大于设定容限的点作为离群点，并从点云中滤除。

2.根据权利要求1所述的基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：所述三维扫描设备的设置高度与原木运输传送带的设置高度同高，三维扫描设备的扫面方向与原木的侧面垂直。

3.根据权利要求1所述的基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：所述三维扫描设备包括拍照式三维扫描仪、激光三维扫描仪、红外三维扫描仪。

4.根据权利要求1～3任一项所述的基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：所述步骤S2进行背景去除的具体过程如下：

获取原木运输传送带上无原木时的三维点云作为净背景，利用步骤S1获得的原木侧面的三维点云减去净背景，完成背景去除。

5.根据权利要求4所述的基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：所述步骤S3中，设切片上的轮廓点为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)…(x_n，y_n)，n∈(1，2，3…n)，利用圆弧上的轮廓点拟合圆只要求出圆心点(A，B)和半径R，利用公式求出：

r_i²＝(x_i-A)²+(y_i-B)²

δ_i＝r_i²-R²＝(x_i-A)²+(y_i-B)²-R²

＝x_i²+y_i²-2Ax_i-2By_i+A²+B²-R²

其中序列点集(x_i，y_i)，i∈(1，2，3…n)中点到圆心的距离为r_i；δ_i为点(x_i，y_i)到圆的距离平方与半径平方的差。

6.根据权利要求5所述的基于三维曲面的原木直径测算方法，其特征在于：所述拟合度表示如下：

ε＝∑_{i＝1，2…n}δ_i＝∑_{i＝1，2…n}|(x_i-A)²+(y_i-B)²-R²|。