[发明专利]基于重叠区域边界角度的冗余点云去除方法

摘要

本发明基于重叠区域边界角度的冗余点云去除方法属于逆向工程领域，涉及一种基于重叠区域边界角度的冗余点云去除方法。该方法首先通过激光结合双目视觉的方式，获取代表被测物表面信息的点云数据。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，并判断点云重叠区域的左、右边界方向向量的夹角。以扫描点云区域中的点作为基准，求解扫描点云区域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，去除重叠区域中扫描点云区域的冗余数据。本方法不需要先建立拓扑结构，以及计算点云的密度等信息来删除多余的点云，提高了冗余数据去除的效率，并保证了点云数据的局部信息的准确性。

主权项

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，本文是利用光条图像中心灰度重心提取的方法，其原理如下：(ui,vi)=Σj=pqj·IijΣj=pqIij---(1)]]>其中：(ui,vi)为第i行光条灰度重心坐标，Iij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：xi=zXi′f1yi=zYi′f1zi=f1(f2ty-Yi′′tz)Y1(r7Xi′+r8Yi′+r9f1)-f2(r4Xi′+r5Yi′+r6f1)---(2)]]>其中，假设xi'＝(Xi',Yi')，Xi'，Yi'分别为左摄像机(1)采集的图像边界点或光条中心点xi'在像面坐标系下的横、纵坐标；xi′′＝(Xi′′,Yi′′)，Xi′′，Yi′′分别为右摄像机(2)采集的图像光斑中心点xi‘′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，[tx ty tz]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(xi,yi,zi)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：a=-B1A1---(4)]]>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b=-B2A2---(6)]]>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：-1a=y-y0x-x0---(7)]]>-1b=y-y0x-x0---(8)]]>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。