[发明专利]基于重叠区域边界角度的冗余点云去除方法

权利要求书

1.一种基于重叠区域边界角度的冗余点云去除方法，其特征是，该方法首先通过激光结合双目视觉的方式，利用左、右摄像机(1、2)拍摄激光发射器(3)在被测物(5)上形成的辅助激光条纹(6)，获取代表被测物(5)表面信息的点云数据；其次求解每个点云区域上的四条边界，识别点云数据中的重叠区域(9)，并判断点云重叠区域的左、右边界(10、11)方向向量的夹角；最后以扫描点云区域Ⅰ(7)中的点作为基准，求解扫描点云区域Ⅱ(8)的坐标点到点云重叠区域的左、右边界垂线的方向向量根据向量积的大小，去除重叠区域(9)中扫描点云区域Ⅱ(8)的冗余数据；方法的具体步骤如下：

第一步，获取点云数据

安装测量设备，打开辅助激光发射器(3)并照射被测物(5)，在开始采集之后，打开转台(4)带动激光发射器(3)转动，使激光扫描被测物(5)；然后，整体平移左右摄像机(1、2)的位置，进行多次拍摄，保证被测物(5)形面信息的完整性；通过信息采集系统采集到辅助激光光条(6)图像之后，需要对激光光条(6)的中心线进行提取，利用光条图像中心灰度重心提取的方法，其原理如下：

其中：(u_i,v_i)为第i行光条灰度重心坐标，I_ij为第i行第j列灰度值；通过此方法可以获取辅助激光光条(6)的特征点二维信息，再结合标定结果以及重建公式，得到边界点和光条中心点在世界坐标系下的三维坐标值，重建公式如下：

其中，假设x′_i＝(X′_i,Y′_i)，X_i'，Y_i'分别为左摄像机(1)采集的图像边界点或光条中心点x_i'在像面坐标系下的横、纵坐标；x_i′′＝(X_i′′,Y_i′′)，X_i′′，Y_i′′分别为右摄像机(2)采集的图像光斑中心点x_i‘'在像面坐标系下的横、纵坐标；f₁、f₂分别为左、右摄像机(1、2)标定得到的焦距；是右摄像机(2)相对于左摄像机(1)的旋转矩阵，[t_x t_y t_z]是右摄像机(2)相对于左摄像机(1)的平移矩阵，由标定实验得到；则(x_i,y_i,z_i)为重建出来的对应点的三维坐标，由此获取整个被测物(5)表面的三维点云数据；

第二步，识别点云重叠区域

针对获得的点云，沿着激光扫描的方向对激光扫描线上的点云进行搜索，先识别其左右边界，通过设置每条点云线上点云之间的距离阈值，将超过这个距离阈值的点标记为上下边界点，连接标记点，识别其上下边界；每个点云区域上的四条边界识别出来后，点云重叠区域(9)就是由扫描点云区域Ⅰ(7)的上、下、右边界和扫描点云区域Ⅱ(8)的左边界组成；根据最小二乘法，对点云重叠区域的左、右边界(10、11)进行拟合，拟合后的点云重叠区域左边界(10)的公式为：

A₁x+B₁Y+C₁＝0 (3)

其方向向量为：其斜率为：

点云重叠区域右边界(11)的公式为：

A₂x+B₂Y+C₂＝0 (5)

其方向向量为：其斜率为

当时，点云重叠区域的左、右边界(10、11)夹角θ为锐角；

当时，点云重叠区域的左、右边界(10、11)夹角θ为直角；

当时，点云重叠区域的左、右边界(10、11)夹角θ为钝角；

第三步，去除冗余数据

识别到点云重叠区域(9)后，求解扫描点云区域Ⅱ(8)的坐标点到点云重叠区域的左、右边界垂线的方向向量并以扫描点云区域Ⅰ(7)的点作为基准，对重叠区域(9)中扫描点云区域Ⅱ(8)上的点进行去除；扫描点云区域Ⅱ(8)上任意点的坐标为(x₀,y₀)，过此点与点云重叠区域的左边界(10)的垂线公式为：

通过公式(3)—(8)，可以求得扫描点云区域Ⅱ(8)的坐标点到点云重叠区域的左、右边界垂线的方向向量

当点云重叠区域的左、右边界的夹角θ为锐角时，若则坐标点在重叠区域(9)内，去除此点，反之，则保留；

当点云重叠区域的左、右边界的夹角θ为直角时，若则坐标点在重叠区域(9)内，去除此点，反之，则保留；

当点云重叠区域的左、右边界的夹角θ为钝角时，若则坐标点在重叠区域(9)内，去除此点，反之，则保留；

这样就完成了重叠区域(9)冗余点云的去除。