三维扫描数据的自适应底面消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于书法拓印领域，更具体设及一种Ξ维扫描数据的自适应底面消除方 法。
【背景技术】
[0002] Ξ维扫描可W应用到许多领域，例如制造业、逆向工程、医学、文化产业等。Ξ维扫 描仪器按原理不同分为不同类别，但采集的都是点云数据。现有技术中，点云数据的处理均 在Ξ维空间中进行，处理方法基本分为两类：
[0003] 1、先利用专业软件将点云重构为曲面模型，再导入到建模正向处理软件中进行模 型编辑。
[0004] 2、根据点云数据行为特征，利用逆向工程类软件重构为曲面，切换点云数据和曲 面进行编辑。
[0005] 第一种处理方法被广泛应用于文化产业，第二种处理方法被广泛应用于工业领 域。由于Ξ维扫描在工业制造逆向工程领域起步较早，因此第二种处理方法中逆向工程类 软件对点云处理通常具备较强的曲面重构处理能力，常用的逆向软件有Imageware、 Geomagic S化dio、RapidFo;rm等。现有技术中的两种处理方法在编辑之前，需要从专业软件 中先进行数据精简，再转为面绘制模型，运就有可能丢失了对处理结果至关重要的细节信 息，W致后期的模型结果失真。
[0006] W对钟碑文的扫描为例，在进行钟碑刻扫描数据的去底面处理时，需要根据W下 几个步骤进行处理：
[0007] 【步骤一】在逆向软件中打开扫描数据，将点云数据调整至底面与操作平面呈垂直 状态。
[0008] 【步骤二】利用点云选择工具，选择底面点云数据进行删除操作。
[0009] 【步骤Ξ】将剩余的数据转为Ob j或其他通用面绘制通用格式导出。
[0010] 【步骤四】将面绘制模型导入建模软件中，对剩余没有切割彻底的模型面片进行二 次筛选删除。
[0011] 上述方法在处理钟碑刻扫描数据时，运用现有的工具对钟碑刻扫描数据去除底面 的工作中，需要降低点云的数据量进行格式转化，W满足不同的处理软件对原始数据的要 求，在此过程中不但增加了大量处理时间W及冗余的数据信息，而且丢失了对处理结果至 关重要的细节信息，W致后期的模型结果失真。
[0012] 另外，现有技术中在去底面的工作中，需要操作者对精简数据后的模型数据在主 观意识下进行编辑，运要求操作者具备一定的经验和Ξ维软件的操作技能，导致每个人的 处理结果是不一样的，不能完全复现钟碑刻的表面文字雕饰信息。
【发明内容】
[0013] 本发明要解决的技术问题是如何自动分离Ξ维扫描数据中底面背景部分的数据， 从而获得拓印基准面上的数据，同时不会由于精简数据造成信息丢失。
[0014] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种Ξ维扫描数据的自适应底面消除方 法，所述方法包括W下步骤：
[0015] S1、将Ξ维扫描数据通过坐标转换投影到近似投影平面上；
[0016] S2、根据所述近似投影平面上的数据形成按矩阵形式排列的数据；
[0017] 将所述数据进行区域划分，并为每一个分区数据建立局部坐标系，将每个分区的 数据在对应的局部坐标系进行转换；
[0018] S3、针对每一个分区，利用差值参量，根据其局部坐标系中每个数据的坐标值计算 在拓印基准面上对应的坐标值，实现将所述步骤S2处理得到的数据投影到拓印基准面，完 成数据分割；
[0019] S4、对所述步骤S3处理得到的所述拓印基准面上的数据投影到平面上，之后进行 去噪。
[0020] 优选地，所述步骤S4还包括W下步骤:遍历投影深度参量进行反低通滤波，其中所 述投影深度为对应数据点的深度信息。
[0021] 优选地，所述步骤S1中利用如下公式将Ξ维扫描数据通过坐标转换投影到所述近 似投影平面上：
[0022]
[0023]式中，（x，y，z)T为所述Ξ维扫描数据中一个元素的坐标，（χ/，/，ζ/)τ为所述近似 投影平面上对应元素的坐标，
[002引a、b、c为所述坐标转换的单位坐标矢量，（xo，yo，zo)为原点；
[00巧]所述近似投影平面为：
[0030] cix+C2y+c：3Z = 0。
[0031 ]优选地，所述坐标转换的单位坐标矢量C的计算方法如下：
[0032] 计算所述Ξ维扫描数据到所述近似投影平面的距离平方和；
[0033] 建立对该距离平方和进行最小二乘法拟合的公式，并利用高斯消元法求解公式得 到坐标矢量C。
[0034] 优选地，所述步骤SI之前还包括W下步骤：
[0035] 利用Ξ维扫描仪按照预定行数和预定列数进行扫描得到所述Ξ维扫描数据。
[0036] 优选地，所述步骤S2中形成按矩阵形式排列的数据包括W下步骤：
[0037] S21、在所述近似投影平面上的数据中找到最下面的扫描点、最上面的扫描点、最 左面的扫描点W及最右面的扫描点，并W四个扫描点作为顶点形成四边形；
[0038] S22、W所述四边形的底边作为一条边，W最上面的扫描点和最右面的扫描点作为 顶点形成一个矩形；
[0039] S23、利用所述矩形对对应的所述近似投影平面上的数据进行剪裁，去掉所述矩形 之外的数据.
[0040] S24、计算所述步骤S23得到的数据的宽度和高度;其中所述宽度为所述矩形内数 据的列数，所述高度为所述矩形内数据的行数；
[0041] S25、对于所述矩形内每一个数据，根据其Ξ维坐标确定其在所述按矩阵形式排列 的数据中的行和列，并建立其深度信息与其在所述按矩阵形式排列的数据中位置的英映射 关系。
[0042] 优选地，所述步骤S25中，对于所述矩形内每一个数据，其在所述按矩阵形式排列 的数据中的行、列W及所述映射关系利用下面公式计算：
[0047]式中，i表示行，j表示列，D(i，j) = zm为所述映射关系，m为所述矩形内数据总个 数，（Xm，ym，Zm)为数据在所述近似投影平面上的位置坐标。
[004引优选地，所述步骤S23还包括确定列数的子步骤，具体为：
[0049] 对于所述矩形内数据中两个相邻的数据点，计算其在X方向上的距离是否大于列 距离阔值，若是则所述两个相邻的数据点为两列。
[0050] 优选地，所述步骤S25之还包括去除所述图像矩阵中空缺点步骤：
[0051] W所述空缺点为中屯、，计算其周边多个数据点的深度值，并W计算得到的多个深 度值的平均值作为所述空缺点的深度值。
[0052] 优选地，所述步骤S2中所述局部坐标系的坐标轴为：
[0055] 式中，W为所述矩形的宽，h为所述矩形的高，（^，71)、（^，72)、（^，73)、（^，74)为所 述矩形的四个顶点
[0056] 所述局部坐标系的变量为：
[0062]优选地，所述步骤S3中，利用下面公式计算局部坐标系下数据在所述拓印基准面 上的坐标：
[0066] 式中，（Xk，Yk，Zk)化=〇: 8}为所述插值参量，A (#，/?)为Ξ维扫描数据在对应局部 坐标系中的坐标值。
[0067] 优选地，所述插值参量的计算包括W下步骤：
[0068] 计算局部坐标系下数据到所述拓印基准面的距离平方和；
[0069] 利用最小二乘法，按照所述差值参量使所述平方和最小计算得到所述插值参量。
[0070] 本发明提供了一种Ξ维扫描数据的自适应底面消除方法，本发明的方法在不降低 原始Ξ维数据精度的前提下，对全局的Ξ维数据在不转化为面绘制模型数据的基础上直接 进行处理。并且在处理过程方面，避免了多余的人工参与对数据的干扰，降低操作者在Ξ维 模型编辑处理方面的准备知识。同时本发明的方法可W在短时间内去