专利名称：点云自动剪切系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机辅助验证中的点云编辑系统及方法，尤其涉及一种点云自动剪切系统及方法。
背景技术：
提高和保证产品质量，是企业活动中的重要内容。为了提高和保证产品质量，对产品实施检验是必不可少的，通过检验活动提供产品及其制造过程的质量信息，按照这些信息对产品的制造过程实施控制——进行修正和补偿活动，使废次品与返修品率降到最低程度，保证产品质量形成过程的稳定性及其产出产品的一致性。同时，日渐增多且急迫的检验需求要求企业能够快速、准确地实施产品的检验。
早期对于受测对象的检验，一般采用特定的检验仪器，经人工比对后确定检测值，如此既费时又耗资，使生产周期增长，生产成本增加，且基于人工确定的信息，经常包含有人的误差的影响。近年来，随着计算机硬件性能的提高及价格的降低，计算机在受测对象检验活动中被大量的引入，因而提高了检验的速度和准确性。其做法一般是使用扫描机台扫描受测对象，获得由多个三维离散点组成的点的集合，一般称之为点云，将点云资料汇入计算机，执行相应软件对点云资料进行处理，比如量测点云，色阶比对等，从而实现对受测对象的检验。2003年11月19日公开的中国第1456975号专利发明有一种自动扫描量测数据分析处理系统和方法，该系统包括有一自动扫描量测子系统，用于根据实体对象的点云数据来量测实体对象并获得量测尺寸，该发明可自动实现对实体对象的量测，并将量测值与设计值进行对比以指导生产。
但是，在实际应用中，尚有另外的需求。目前扫描机台扫描受测对象后获得的点云，存在较多的杂点、干扰点，如此会影响点云处理速度，以及点云的后续处理，如点云过滤、色阶比对等，导致对受测对象的检验出现一定的误差。而关于剪切点云中杂点的当前技术中，都只有手动剪切而尚未有自动剪切。
所以需要提供一种点云自动剪切系统及方法，可实现对点云中的杂点进行准确快速地自动剪切。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种点云自动剪切系统，其可通过调用预定程序，自动快速地完成对点云中的杂点进行剪切。
本发明的另一目的在于提供一种点云自动剪切方法，其可通过调用预定程序，自动快速地完成对点云中的杂点进行剪切。
为达成上述的发明目的，本发明提供一个点云自动剪切系统，其可自动快速地完成点云的剪切。该系统包括至少一应用服务器、多个使用者端计算机及一数据库。应用服务器用于汇入点云数据，并自动剪切该点云数据。该应用服务器包括一点云汇入模块，一视图变化子模块，一视角变化子模块、一点云剪切模块及一存储模块。点云汇入模块用于根据使用者选择的点云文件名，从数据库中获取点云，并汇入系统中生成和显示图像；视图变化子模块，用于对上述点云进行三维视图变化，包括绕X轴旋转、绕Y轴旋转、绕Z轴旋转、沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移及按比例缩放等；视角变化子模块，用于对上述点云进行三维视角变化，包括上视角、下视角、左视角、右视角、前视角、后视角、左前视角、左后视角、右前视角、右后视角等；一点云剪切模块，用于对上述点云进行剪切，包括一般剪切功能子模块及点云网格功能子模块，其中，一般剪切功能子模块包括在使用者以多边形圈定点云中需剪切杂点之区域后，选择对多边形内部或者外部的点云进行剪切，还可沿多边形的线条切割点云及对点云进行复制，点云网格功能子模块包括在点云剪切后的线条边缘处生成额外点及可选择只对点云的可见部分进行剪切；一存储模块，使用者可将手动剪切过程中剪切的视角参数及剪切区域的坐标通过存储模块保存为一预定程序，供自动剪切时调用，此外还用于存储上述经过剪切的点云。使用者端计算机提供一交互式用户界面，以便于使用者根据实际需要选择受测对象的点云，并获取点云剪切后的结果。数据库用于存储受测对象的点云。
本发明还提供一种点云自动剪切方法，该方法包括以下步骤根据使用者选择的点云文件名，从数据库中获取点云，并汇入系统中生成和显示图像；搜索系统存储模块中是否存在与上述点云对应的预定程序；若系统中存在与上述点云对应的预定程序，则调用该预定程序，对上述点云进行自动剪切，若系统中不存在与上述点云对应的预定程序，则对上述点云进行手动剪切，并将剪切的视角参数及剪切区域的坐标保存为一预定程序；及存储上述经过剪切的点云。
利用本发明，可以对点云中的杂点进行自动剪切，从而可以为快速准确的检验产品提供保障，并减少误差的产生。
图1是本发明点云自动剪切系统的架构图。
图2是本发明点云自动剪切系统的应用服务器的功能模块图。
图3是本发明点云自动剪切系统中点云剪切模块的功能示意图。
图4是本发明点云自动剪切系统的软件操作界面图。
图5是本发明点云自动剪切方法的作业流程图。
图6是本发明点云自动剪切方法的手动剪切作业流程图。
具体实施方式如图1所示，是本发明点云自动剪切系统的架构图。该系统包括一应用服务器1、一网络2、多个使用者端计算机3、一连接4及一数据库5。其中分布式分布的多个使用者端计算机3利用网络2与应用服务器1相连，网络2可以是一企业内部网(Intranet)，也可以是互联网(Internet)或其它类型通讯网络。应用服务器1利用连接4与数据库5相连，连接4是一种数据库连接，如开放式数据库连接(OpenDatabase Connectivity，ODBC)，或者Java数据库连接(Java DatabaseConnectivity，JDBC)。
应用服务器1用于获取点云数据，汇入系统中，并对点云进行剪切处理。使用者端计算机3提供一交互式用户界面，以便于使用者执行相应操作，如选择需要剪切的点云，并获取点云剪切后的结果。数据库5用于存储受测对象的点云。
如图2所示，是本发明点云自动剪切系统的应用服务器的功能模块图。应用服务器1用于获取点云数据，汇入系统中，并对点云进行自动剪切处理，其包括一点云汇入模块10、一图形变化模块11、一点云剪切模块12及一存储模块13。其中，点云汇入模块10用于根据使用者选择的点云文件名，从数据库5中获取点云，并自动处理该点云数据，使其在系统中生成并且显示图像。图形变化模块11用于对上述点云进行三维图形变化，其包括一视图变化子模块110及一视角变化子模块111。视图变化子模块110用于对上述点云进行三维视图变化，包括绕X轴旋转、绕Y轴旋转、绕Z轴旋转、沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移及按比例缩放等。视角变化子模块111用于对上述点云进行三维视角变化，包括上视角、下视角、左视角、右视角、前视角、后视角、左前视角、左后视角、右前视角及右后视角等。在三维空间里的点云，选择不同的投影面以及在不同的位置观察，显示的图像不一样。进行视图变化和视角变化的目的是为了能从不同角度观察点云，可以看到空间任意的点在屏幕的最前面而不被其它点挡住，从而可以更准确的对点云进行后续的剪切。点云剪切模块12用于对上述点云进行剪切，使用者可选择自动剪切或手动剪切，其包括一般剪切功能子模块120及点云网格功能子模块121。使用者若选择自动剪切，需在系统中搜索是否存在预定程序，若存在预定程序，则可直接调用该程序并且执行，便可实现对点云的自动剪切；使用者若选择手动剪切，或者当系统中不存在预定程序时，通过点云汇入模块10打开存储于点云文件中的点云数据，汇入系统中生成并显示图像。对上述点云进行任意视角、全方位的观察，并以多边形圈起需剪切的杂点。一般剪切功能子模块120可选择对多边形内部或者外部的杂点进行剪切，也可选择沿多边形的线条将点云剪切成两部分，并对其中一部分进行单独操作，还可对点云进行复制。点云网格功能子模块121可在剪切后的多边形线条处产生一些额外点，以弥补剪切后的多边形边缘凹凸不平的图像，还可选择只对点云的可见部分进行剪切。手动剪切完成后，将剪切的全过程及视角参数、剪切区域的坐标等信息以程序的方式记录下来，并通过存储模块13保存为一系统预定程序。当同样的产品数量很多或进行样品复检时，点云的剪切则可以通过调用系统保存之预定程序而实现自动剪切。存储模块13用于存储预定程序及上述经过剪切的点云。
如图3所示，是本发明所述的点云自动剪切系统中点云剪切模块的功能示意图。点云剪切模块12可分为两个子模块一般剪切功能子模块120及点云网格功能子模块121。其中，一般剪切功能子模块120包括四种功能剪切多边形内的点云1200、剪切多边形外的点云1201、沿多边形切割点云1202及点云复制1203。使用者在确定需剪切杂点之区域并以多边形圈定该区域后，可以选择对该多边形内部或者外部的点云进行剪切；也可以沿着多边形的线条将点云切割成两部分，即可对某个部分进行单独编辑；此外，剪切之前，可将点云先行复制一份，可对复制的点云进行剪切，如此可产生多个点云剪切模板，以便后续的比对及其他方面的应用。点云网格功能子模块121包括两种功能生成额外点1210及可见部分剪切1211。因为点云的分布并不均匀，所以在剪切后，多边形的边缘会出现凹凸不平的图像，使用生成额外点功能1210，可在剪切的多边形边缘处产生一些点，以弥补点云剪切后凹凸不平的图像。可见部分剪切功能1211，可以选择只对点云的可见部分进行剪切。
如图4所示，是本发明所述的点云自动剪切系统的软件操作界面图。界面上方是一组主菜单30，包括档案、编辑、工具及说明四个菜单。界面的右方包括有八个功能图标，代表本发明所述点云自动剪切系统的八种主要功能。图标31为点云剪切功能键，此为手动剪切，系统需要将点云手动剪切一遍，并记录下视角参数和剪切区域坐标等信息，然后产生一预定程序，以利于自动剪切时调用。图标32为执行预定程序功能键，载入预定程序后，即可对点云按照预定程序进行剪切，若程序中设置了断点(断点，即在程序中某行加入一条命令，使程序执行到该行时，计算机自动停止运行，并保留此时各变量的状态，方便对程序进行检查、调试及编辑等)，程序执行到断点时将会暂停。图标33为自动执行程序功能键，此功能可使点云按照预定程序进行自动剪切，遇到断点亦不会暂停。图标34为单步执行功能键，对预定程序进行单步执行，可用来检查预定程序的代码，也可以对剪切程序、步骤进行详细分析，以找出其中不合理或者不需要的剪切步骤。图标35为停止执行功能键，若在剪切过程中发现问题，可以停止程序的进行，并对程序进行修改。图标36为随机执行功能键，当点云具有多个剪切区域时，此功能键可使点云的自动剪切不需要按照步骤进行剪切，而是随机剪切，即剪切区域的顺序为任意而非固定的。图标37为设置断点功能键，使用者对某些剪切区域，或者是剪切预定程序有所疑问时，可以在程序中添加断点，当程序执行到断点时，便会暂停，使用者便可对程序代码进行分析和编辑。图标38为搜索功能键，可在汇入点云后，在程序库中搜索对应的预定程序。
如图5所示，是本发明点云自动剪切方法的作业流程图。首先，点云汇入模块10根据使用者选择的点云文件名，从数据库5中获取点云，汇入系统中并生成和显示图像(步骤S10)。使用者可选择是否对上述点云进行自动剪切(步骤S11)。若使用者选择自动剪切，则需在存储模块13中搜索是否存在与该点云相匹配的预定程序(步骤S12)，若存在预定程序，则可直接调用该预定程序(步骤S13)，执行该程序，实现点云的自动剪切(步骤S14)，存储模块13存储经过剪切的点云(步骤S15)。若使用者选择不对上述点云进行自动剪切，或者当系统中不存在与该点云匹配的预定程序时，可选择对该点云进行手动剪切。剪切时，可通过图形变化模块11对上述点云进行任意视角及全方位360度旋转观察(步骤S16)，其中包括视图变化子模块110对上述点云进行三维视图变化，包括绕X轴旋转、绕Y轴旋转、绕Z轴旋转、沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移及按比例缩放等。视角变化子模块111对上述点云进行三维视角变化，包括上视角、下视角、左视角、右视角、前视角、后视角、左前视角、左后视角、右前视角及右后视角等。然后，使用者可通过点云剪切模块12选取剪切区域，对上述点云进行手动剪切(步骤S17)。剪切的全过程及视角参数、剪切区域的坐标等信息将以程序的方式记录下来，并通过存储模块13储存为一系统预定程序(步骤S18)。存储模块13存储上述经过剪切的点云(步骤S15)。
如图6所示，是本发明所述的点云自动剪切方法的手动剪切作业流程图。首先，点云汇入模块10根据使用者所选择的点云文件名，打开数据库并从中获取点云(步骤S20)，将点云汇入至系统(步骤S21)，在系统中形成具有三维效果的图档(步骤S22)。视图变化子模块110可对点云图档进行三维视图变化，包括绕X轴旋转、绕Y轴旋转、绕Z轴旋转、沿X轴平移、沿Y轴平移、沿Z轴平移及按比例缩放等(步骤S23)。视角变化子模块111可对点云图档进行三维视角变化，包括上视角、下视角、左视角、右视角、前视角、后视角、左前视角、左后视角、右前视角及右后视角等(步骤S24)。选取剪切区域，以一个多边形圈起该区域(步骤S25)，选择对多边形内部或者外部之点云进行剪切(步骤S26)，在剪切后的多边形边缘处生成额外点，以弥补剪切后的多边形边缘凹凸不平的图像(步骤S27)。剪切过程中的视角参数及剪切区域的坐标等信息将以程序的方式记录下来，并通过存储模块13储存为一系统预定程序，以供点云自动剪切时调用(步骤S28)。保存剪切完成的点云(步骤S29)。最后，关闭数据库(步骤S30)。
权利要求
1.一种点云自动剪切系统，其包括一应用服务器、多个使用者端计算机及一数据库，其特征在于所述的数据库用于存储受测对象的点云；所述的应用服务器用于汇入点云，并对点云进行剪切处理，其包括一点云汇入模块，用于根据使用者选择的点云文件名，从数据库中获取点云，并汇入系统中生成和显示图像；一点云剪切模块，用于对上述点云进行剪切，其包括一般剪切功能子模块及点云网格功能子模块；及一存储模块，用于存储预定程序及上述经过剪切的点云；及所述的使用者端计算机提供一交互式用户界面，以便于使用者根据实际需要选择受测对象的点云，并获取点云剪切后的结果。
2.如权利要求1所述的点云自动剪切系统，其特征在于，所述应用服务器还包括一图形变化模块，用于对上述点云进行三维图形变化。
3.如权利要求2所述的点云自动剪切系统，其特征在于，所述图形变化模块包括一视图变化子模块及一视角变化子模块，用于对上述点云进行三维视图变化及三维视角变化。
4.如权利要求1所述的点云自动剪切系统，其特征在于，所述点云剪切模块中的一般剪切功能子模块，可用于以多边形圈定点云中需剪切区域，选择对多边形内部或者外部的点云进行剪切；还可沿多边形线条切割点云；还可对点云进行复制。
5.如权利要求1所述的点云自动剪切系统，其特征在于，点云剪切模块中的点云网格功能子模块，可用于在点云剪切后的线条边缘处生成额外点及选择只对点云的可见部分进行剪切。
6.如权利要求1所述的点云自动剪切系统，其特征在于，所述存储模块中存储的预定程序，保存有手动剪切过程中剪切的视角参数及剪切区域的坐标，其可在点云自动剪切时调用。
7.一种点云自动剪切方法，其特征在于，其包括如下步骤根据使用者选择的点云文件名，从数据库中获取点云，并汇入系统中生成和显示图像；搜索系统中是否存在与上述点云对应的预定程序；若系统中存在与上述点云对应的预定程序，则调用该预定程序，对上述点云进行自动剪切，若系统中不存在与上述点云对应的预定程序，则可对上述点云进行手动剪切；将手动剪切的过程保存为一预定程序；及存储上述剪切后的点云。
8.如权利要求7所述的点云自动剪切方法，其特征在于，所述对上述点云进行手动剪切包括步骤对上述点云进行三维图形变化。
9.如权利要求8所述的点云自动剪切方法，其特征在于，所述对上述点云进行三维图形变化包括步骤对上述点云进行三维视图变化；及对上述点云进行三维视角变化。
10.如权利要求7所述的点云自动剪切方法，其特征在于，所述将手动剪切的过程保存为一预定程序，包括保存剪切的视角参数、剪切区域的坐标。
全文摘要
一种点云自动剪切系统及方法，可自动快速地完成点云的剪切。该系统包括一应用服务器、多个使用者端计算机及一数据库。应用服务器用于汇入点云，并对点云进行自动剪切处理。该应用服务器包括一点云汇入模块、一图形变化模块、一点云剪切模块及一存储模块。上述图形变化模块包括一视图变化子模块及一视角变化子模块。上述点云剪切模块包括一般剪切功能子模块及点云网格功能子模块。使用者端计算机提供一交互式用户界面，以便于使用者根据实际需要选择受测对象的点云，并获取点云剪切后的结果。数据库用于存储受测对象的点云。利用本发明，可对点云进行全方位、任意视角的自动剪切。
文档编号G06T17/00GK1779685SQ20041005254
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月26日 优先权日2004年11月26日
发明者张旨光, 吴新元, 陈杰荣, 汤晓丹 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司