专利名称：点云提取系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种量测系统及方法，尤其涉及一种点云提取系统及方法。
背景技术：
近年来，随着计算机硬件性能的提高及价格的降低，其在扫描系统中被大量的引入。做法一般是使用扫描装置扫描产品以获得组成该产品的点云(即由多个三维离散点组成的点的集合)，而后将点云数据输入计算机，执行相应软件对点云数据进行各种处理。在检测产品时，通常需要对产品的局部进行检测，然而，大部分扫描装置在扫描产品时，无法精确到只扫描产品的某一个局部，因此，会产生许多的杂点。当需要对某个局部检测时，需要去除这些杂点，进而提取该局部的点云。传统点云提取方法为:(1)根据操作人员的需求将点云旋转到合适的角度；(2)利用多义线进行框选，去除大部分多余点；不断重复步骤(I)与步骤(2)以对点云进行裁剪，直到操作人员认为不需要再进行剪切为止。该点云提取方法存在如下缺陷:(1)操作复杂，速度慢且容易出错，例如，在裁剪一些复杂点云时，操作人员需要不断地重复操作，如不断地旋转视角、不断地用多义线去除不需要的点；(2)操作人员必须要有一定点云剪切及产品检测的经验；(3)在裁剪一些复杂的多层点云时，利用视角及多义线不能精确地完成点云的提取
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种点云提取系统，可自动地从量测工件所获得的点云中提取组成工件局部的点，其操作简单、速度快且精度较高。还有必要提供一种点云提取方法，可自动地从量测工件所获得的点云中提取组成工件局部的点，其操作简单、速度快且精度较高。一种点云提取系统，该系统包括:接收模块，用于接收工件的理论设计图档、实际量测该工件得到的点云，及理论设计图档中记载的工件的曲面与点云间的公差；对齐模块，用于采用最佳拟合法将该曲面与点云进行对齐；点云粗过滤模块，用于找出曲面的子对象分别在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，以建立曲面的最大包围盒，并去除上述点云中不在该最大包围盒中的点，以实现点云的粗过滤；点云精过滤模块，用于根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，及点云中相邻点间距的平均值，将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，并通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤；及输出模块，用于输出上述点云精过滤步骤中过滤后所保留的点，并根据输出的点绘制工件。—种点云提取方法，该方法包括:接收步骤，接收工件的理论设计图档、实际量测该工件得到的点云，及理论设计图档中记载的工件的曲面与点云间的公差；对齐步骤，采用最佳拟合法将该曲面与点云进行对齐；点云粗过滤步骤，找出曲面的子对象分别在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，以建立曲面的最大包围盒，并去除上述点云中不在该最大包围盒中的点，以实现点云的粗过滤；点云精过滤步骤，根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值,及点云中相邻点间距的平均值,将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，并通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤；及输出步骤，输出上述点云精过滤步骤中过滤后所保留的点，并根据输出的点绘制工件。相较于现有技术，所述的点云提取系统及方法，可自动地从量测工件所获得的点云中提取组成工件局部的点，无需操作人员来回旋转视图进行剪切，操作简单、速度快且不易出错，重复性较好，精度也较高。
图1是本发明较佳实施例中的点云提取系统的运行环境示意图。图2是图1中的点云精过滤模块的功能细分图。图3是本发明较佳实施例中的点云提取方法的作业流程图。图4是图3中步骤S7的具体作业流程图。图5是图4中步骤S704的具体作业流程图。图6是图5中步骤S50的具体作业流程图。主要元件符号说明
权利要求
1.一种点云提取方法，其特征在于，该方法包括: 接收步骤，接收工件的理论设计图档、实际量测该工件得到的点云，及理论设计图档中记载的工件的曲面与点云间的公差； 对齐步骤，采用最佳拟合法将该曲面与点云进行对齐； 点云粗过滤步骤，找出曲面的子对象分别在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，以建立曲面的最大包围盒，并去除上述点云中不在该最大包围盒中的点，以实现点云的粗过滤； 点云精过滤步骤，根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，及点云中相邻点间距的平均值，将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，并通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤；及 输出步骤，输出上述点云精过滤步骤中过滤后所保留的点，并根据输出的点绘制工件。
2.如权利要求1所述的点云提取方法，其特征在于，所述通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤的步骤包括 :三角形与最小包围盒关联步骤，将所述曲面三角网格化以得到多个三角形组成的曲面，计算与分析各三角形是否与一个最小包围盒相交，若有三角形与所述最小包围盒相交，则将该三角形的标识加入到该最小包围盒的数组中，以实现三角形与最小包围盒的关联；点云与最小包围盒关联步骤，计算各点所在的最小包围盒的下标nG，并判断下标为nG的最小包围盒是否有相交的三角形，若有，则将该点与该最小包围盒关联 '及 过滤步骤，过滤掉上述未与三角形关联的最小包围盒及上述未与最小包围盒关联的点，计算过滤后保留下来的各点到与对应的最小包围盒中关联的三角形上的最小距离，若该最小距离大于所述公差，过滤掉该点，以及当保留下来的点中有点的法向与计算出的最小距离对应的三角形的法向不一致时，过滤掉该点。
3.如权利要求2所述的点云提取方法，其特征在于，所述计算与分析各三角形是否与一个最小包围盒相交的步骤包括: 去除与二角形不相关的最小包围盒； 以三角形平面与最小包围盒各边线的交点为切割点，当该切割点在该三角形平面对应的三角形内时，判定该三角形与该最小包围盒相交； 当三角形的各顶点在最小包围盒内时，判定该三角形与该最小包围盒相交；及计算出三角形各边与最小包围盒的面的交点，若该交点在该最小包围盒上，则判定该三角形与该最小包围盒相交。
4.如权利要求3所述的点云提取方法，其特征在于，所述步骤去除与三角形不相关的最小包围盒包括: 根据最小包围盒的外接球原则，为各最小包围盒建立外接球，并获取外接球的圆心和半径； 求与最小包围盒关联的三角形所构成的三角形平面； 判断最小包围盒的中心点即对应的外接球的圆心与该三角形平面间的距离是否大于外接球的半径； 若该距离小于或等于所述外接球的半径，则判定该三角形与所述最小包围盒相交； 若该距离大于所述外接球的半径，则过滤掉该最小包围盒。
5.如权利要求1所述的点云提取方法，其特征在于，所述曲面的子对象包括点、线、面、圆、圆柱、圆锥、圆球、曲线、三角面。
6.一种点云提取系统，其特征在于，该系统包括: 接收模块，用于接收工件的理论设计图档、实际量测该工件得到的点云，及理论设计图档中记载的工件的曲面与点云间的公差； 对齐模块，用于采用最佳拟合法将该曲面与点云进行对齐； 点云粗过滤模块，用于找出曲面的子对象分别在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，以建立曲面的最大包围盒，并去除上述点云中不在该最大包围盒中的点，以实现点云的粗过滤； 点云精过滤模块，用于根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，及点云中相邻点间距的平均值，将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，并通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤；及 输出模块，用于输出上述点云精过滤步骤中过滤后所保留的点，并根据输出的点绘制工件。
7.如权利要求6所述的点云提取系统，其特征在于，所述点云精过滤模块包括: 盒子创建子模块，用于根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，及点云中相邻点间距的平均值，将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，每个最小包围盒对应一个包围盒数组； 三角形与最小包围盒关联子模块，用于将所述曲面三角网格化以得到多个三角形组成的曲面，计算与分析各三角形是否与一个最小包围盒相交，若有三角形与所述最小包围盒相交，则将该三角形的标识加入到该最小包围盒的数组中，以实现三角形与最小包围盒的关联; 点云与最小包围盒关联子模块，用于计算各点所在的最小包围盒的下标nG，并判断下标为nG的最小包围盒是否有相交的三角形，若有，则将该点与该最小包围盒关联；及 过滤子模块，用于过滤掉上述未与三角形关联的最小包围盒及上述未与最小包围盒关联的点，计算过滤后保留下来的各点到与对应的最小包围盒中关联的三角形上的最小距离，若该最小距离大于所述公差，过滤掉该点，以及当保留下来的点中有点的法向与计算出的最小距离对应的三角形的法向不一致时，过滤掉该点。
8.如权利要求7所述的点云提取系统，其特征在于，所述三角形与最小包围盒关联子模块计算与分析各三角形是否与一个最小包围盒相交包括如下步骤: 去除与二角形不相关的最小包围盒； 以三角形平面与最小包围盒各边线的交点为切割点，当该切割点在该三角形平面对应的三角形内时，判定该三角形与该最小包围盒相交； 当三角形的各顶点在最小包围盒内时，判定该三角形与该最小包围盒相交；及 计算出三角形各边与最小包围盒的面的交点，若该交点在该最小包围盒上，则判定该三角形与该最小包围盒相交。
9.如权利要求8所述的点云提取系统，其特征在于，所述三角形与最小包围盒关联子模块通过以下步骤执行去除与三角形不相关的最小包围盒: 根据最小包围盒的外接球原则，为各最小包围盒建立外接球，并获取外接球的圆心和半径； 求与最小包围盒关联的三角形所构成的三角形平面； 判断最小包围盒的中心点即对应的外接球的圆心与该三角形平面间的距离是否大于外接球的半径； 若该距离小于或等于所述外接球的半径，则判定该三角形与所述最小包围盒相交；及 若该距离大于所述外接球的半径，则过滤掉该最小包围盒。
10.如权利要求6所述的点云提取系统，其特征在于，所述曲面的子对象包括点、线、面、圆、圆柱、圆锥、圆 球、曲线、三角面。
全文摘要
一种点云提取方法，包括接收工件的理论设计图档、实际量测该工件得到的点云，及理论设计图档中记载的工件的曲面与点云间的公差；采用最佳拟合法将该曲面与点云进行对齐；找出曲面的子对象分别在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，以建立曲面的最大包围盒，并去除上述点云中不在该最大包围盒中的点，以实现点云的粗过滤；根据上述子对象在X轴、Y轴和Z轴上的最大坐标值和最小坐标值，及点云中相邻点间距的平均值，将上述最大包围盒划分成多个最小包围盒，并通过精过滤条件对上述粗过滤后所保留的点再次进行过滤；及输出上述点云精过滤步骤中过滤后所保留的点，并根据输出的点绘制工件。本发明还提供一种点云提取系统。
文档编号G06T5/00GK103164842SQ20111041695
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者张旨光, 吴新元, 杨根 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