[发明专利]一种基于投影图与图像分割的点云圆孔提取方法

说明书

本发明涉及点云几何特征提取技术领域，解决了传统的点云提取圆柱面孔洞技术对整片点云进行三维操作运算较为费时耗力的技术问题，尤其涉及一种基于投影图与图像分割的点云圆孔提取方法，该点云圆孔提取方法包括以下步骤：S1、获取待检测物体的点云；S2、对点云进行滤波去噪处理后中心化到原点得到原始点云；S3、将原始点云按照要提取圆孔的轴方向二维投影形成热力图；S4、将热力图按照像素的范围进行切片处理分割出多张切片图。本发明达到了在点云数量庞大情形下快速提取圆柱面的目的，能够降低操作运算的复杂度，提高运算速度，同时在点云需圆柱面多的情况下，使用该方法提取点云的圆孔不仅速度快，而且精度也有了进一步提升。

技术领域

本发明涉及点云几何特征提取技术领域，尤其涉及一种基于投影图与图像分割的点云圆孔提取方法。

背景技术

在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合称之为点云，通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少，点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云，点数量比较大并且比较密集，叫密集点云。

在大型工程建设过程和一些重要机构件逆向分解中，需要对建筑物和机械构建的形体进行三维扫描测量获取点，然后提取出其中的几何关键特征。而圆柱面是工业场地上发现的最重要的几何图元之一，据报道，在大多数工业场景中，85%的物体可以用平面、球面和圆柱面表示。因此在给定的扫描点云中如何高效高精度地提取圆柱面一直是一个比较重要的问题，而在逆向工程中点云圆柱面的提取，针对点云数量庞大和需提取的圆柱面较多，传统的点云提取圆柱面孔洞技术对整片点云进行三维操作运算较为费时耗力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于投影图与图像分割的点云圆孔提取方法，解决了传统的点云提取圆柱面孔洞技术对整片点云进行三维操作运算较为费时耗力的技术问题，达到了在点云数量庞大情形下快速提取圆柱面的目的，能够降低操作运算的复杂度，提高运算速度，同时在点云需圆柱面多的情况下，使用该方法提取点云的圆孔不仅速度快，而且精度也有了进一步提升。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于投影图与图像分割的点云圆孔提取方法，该点云圆孔提取方法包括以下步骤：

S1、获取待检测物体的点云；

S2、对点云进行滤波去噪处理后中心化到原点得到原始点云；

S3、将原始点云按照要提取圆孔的轴方向二维投影形成热力图；

S4、将热力图按照像素的范围进行切片处理分割出多张切片图；

S5、对每张切片图进行canny边缘检测与hough圆拟合处理提取出所有拟合的圆；

S6、将提取出所有拟合的圆按照半径和圆心进行聚类处理提取出所有符合要求的圆；

S7、将所有符合要求的圆重新三维映射到原始点云上即可提取出点云的圆孔，提取出的点云圆孔即为点云的圆柱面。

进一步地，在步骤S2中，对点云进行滤波去噪处理后中心化到原点得到原始点云的具体过程包括以下步骤：

S21、根据空间点半径范围临近点数量对点云进行滤波处理得到若干点云；

S22、对滤波处理后的若干点云分别计算其每一个点云在三维坐标（x，y，z）三个方向的平均值得到点云中心C；

S23、将点云的坐标点减去点云中心C的坐标点完成中心化到原点。

进一步地，在步骤S3中，将原始点云按照要提取圆孔的轴方向二维投影形成热力图的具体过程包括以下步骤：

S31、选定一个点云中圆孔的轴方向将整个原始点云旋转使其轴方向对齐坐标系的Z方向形成点云；

S32、依据投影点云的规模，在X、Y平面上按照x轴和y轴方向划分个格子；

S33、对点云中的每个点进行投影；

S34、计算每个格子的热力值；

S35、将热力值映射成热力图。