[发明专利]一种发动机复杂管路轴线提取方法

权利要求书

1.一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.管路点云数据分割：扫描获取发动机管路点云数据，针对扫描获取的管路点云数据，通过弱凸性近似分割算法将管路点云数据和节点数据分割开；

S2.分段管路轴线计算：针对分割所得的各分段管路点云数据分别计算局部L1中值点作为管路轴线点；

S3.分段管路轴线与节点连接：通过确定分段管路和节点的拓扑连接关系，完成复杂管路轴线的提取；

所述步骤S1中管路数据为用于输送燃油、润滑油物质的部件的点云数据，节点数据为用于管路之间连接、支撑的部件的点云数据，所述用于管路之间连接、支撑的部件包括连接件、卡箍和支架；

所述步骤S1中管路点云数据分割的具体方法为：

S11.以点云近似弱凸性为依据，通过谱聚类对管路点云数据进行过分割为分块数据；其中，所述点云近似弱凸性具体为以两点构建向量x₂x₁，其与两点法线向量n₁、n₂的夹角分别为α₁、α₂，若α₂＜α₁，则两点所在局部表面表示为凸；

S12.针对过分割的分块数据，分别计算其对应形状的直径函数，依据对应的直径函数计算用来表示各块点云数据相似性的相似矩阵；

S13.根据相似矩阵合并相似程度高的过分割点云数据，完成管路点云数据的分割。

2.根据权利要求1所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S11中通过谱聚类对管路点云数据进行过分割的具体方法为：

S111.构建邻接矩阵，若任意两点所在的局部表面表示为凸的性质并且该两点互为邻近点，则在邻接矩阵相应位置写1，反之写0，以此邻接矩阵作为点凸度图；

S112.通过对点凸度图进行谱聚类操作，获取管路点云的过分割结果。

3.根据权利要求1所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S12中计算各分块数据的相似矩阵的具体步骤为：

S121.针对分块点云数据，均匀采样数个点；

S122.针对单块点云数据，遍历采样点，以采样点为顶点，法线向量的反方向为中轴线，一定角度为圆锥角构建圆锥；

S123.计算该块点云数据中所有落入圆锥的点到顶点的加权距离，取中值作为该块点云数据在该采样点的形状直径函数值；

S124.遍历所有分块数据，分别依据数个形状直径函数值构建特征直方图，通过陆地移动距离EMD计算方法确定两块点云数据之间的相似度；

S125.依据相似度建立相似矩阵，建立的相似矩阵上第ij项为第i块与第j块分块管路数据之间的相似度的大小。

4.根据权利要求1所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S2中计算局部L1中值点作为管路轴线点的具体步骤为：

S21.计算点云数据的局部L1中值点；

S22.对计算所得中值点进行椭圆拟合并将计算点与拟合点进行比较，若差距较大，则以拟合点替换计算中值点；

S23.针对分块管路数据的中值轴线点作主成分分析，按照主成分分析计算值大小依次连接轴线点，构建管路轴线。

5.根据权利要求4所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S21中计算点云数据的局部L1中值点的公式为：

其中，为计算原始点云的局部中心；R(X)调整了采样点之间的分布，避免了采样点的过度集中；j为原始点云的索引集合，i为采样点云的索引集合。

6.根据权利要求1所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S3的具体步骤为：

S31.在各分块数据计算所得轴线节点连接处构建桥接点；

S32.设点邻域搜索范围，若在局部范围内遇到其他桥接点，则将轴线进行合并，各分段合并得到管路的轴线，即完成管路轴线的提取。

7.根据权利要求6所述一种发动机复杂管路轴线提取方法，其特征在于：所述步骤S32中将轴线进行合并包括：若局部范围内有两个桥接点，将对应两段轴线合并为一条轴线；若局部范围内有三个及三个以上桥接点，将三个及三个以上桥接点移动至它们的平均中点，即取三个及三个以上桥接点的平均值。