點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種點(diǎn)云處理技術(shù)，尤其設(shè)及一種點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 點(diǎn)云邊界數(shù)據(jù)對(duì)加工制造業(yè)非常重要，邊界數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于精密量測(cè)、輪廓比對(duì)、 零部件的切割加工、CNC加工補(bǔ)償?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域。邊界數(shù)據(jù)的精度直接關(guān)系到了產(chǎn)品加工的 精度，所W獲取高精度的邊界數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。
[0003] 然而，由于掃描裝置精度的限制，掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)只能看到輪廓，邊界不清 晰，而且邊界數(shù)據(jù)不易獲取，對(duì)產(chǎn)品加工造成一定的困難。即使獲得了邊界數(shù)據(jù)，精度仍難 W保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于W上內(nèi)容，有必要提供一種點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)，其可W通過(guò)高精度的多義線 擬合算法獲取點(diǎn)云的邊界數(shù)據(jù)。 陽(yáng)〇化]還有必要提供一種點(diǎn)云邊界擬合方法，其可W通過(guò)高精度的多義線擬合算法獲取 點(diǎn)云的邊界數(shù)據(jù)。
[0006] 一種點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行于計(jì)算機(jī)中，該系統(tǒng)包括：導(dǎo)入模塊，用于導(dǎo) 入一待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云文件，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；網(wǎng)格化模塊，用于對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行=角網(wǎng) 格化處理，得到網(wǎng)格化點(diǎn)云；確定模塊，用于確定網(wǎng)格化點(diǎn)云中的邊界點(diǎn)，W及當(dāng)確定網(wǎng)格 化點(diǎn)云中所有的邊界點(diǎn)后，利用具有一預(yù)設(shè)順序的標(biāo)識(shí)對(duì)所確定的邊界點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并將 編號(hào)后的邊界點(diǎn)保存為邊界點(diǎn)云；擬合模塊，用于W所確定的邊界點(diǎn)云中第一個(gè)編號(hào)的邊 界點(diǎn)為起點(diǎn)，依據(jù)編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條直線；判斷模塊，用于當(dāng)邊界 點(diǎn)云中還有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)時(shí)，判斷該下一個(gè)邊界點(diǎn)是否可W擴(kuò)展；擴(kuò)展模塊，用于 當(dāng)判定所述下一個(gè)邊界點(diǎn)可W擴(kuò)展時(shí)，將所擬合的直線延長(zhǎng)至該下一個(gè)邊界點(diǎn)；所述擬合 模塊還用于，當(dāng)判定所述下一個(gè)邊界點(diǎn)不可W擴(kuò)展時(shí)，W該不可W擴(kuò)展的邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，依 據(jù)編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條新的直線；連接模塊，用于當(dāng)邊界點(diǎn)云中沒(méi) 有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)，利用所擬合的直線得到多條線段，依次連接所述多條線段構(gòu)成 點(diǎn)云邊界線。
[0007] 一種點(diǎn)云邊界擬合方法，該方法運(yùn)用于計(jì)算機(jī)中，該方法包括如下步驟：導(dǎo)入步 驟：導(dǎo)入一待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云文件，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；網(wǎng)格化步驟：對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行=角 網(wǎng)格化處理，得到網(wǎng)格化點(diǎn)云；確定步驟：確定網(wǎng)格化點(diǎn)云中的邊界點(diǎn)，W及當(dāng)確定網(wǎng)格化 點(diǎn)云中所有的邊界點(diǎn)后，利用具有一預(yù)設(shè)順序的標(biāo)識(shí)對(duì)所確定的邊界點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，并將編 號(hào)后的邊界點(diǎn)保存為邊界點(diǎn)云；擬合步驟一：W所確定的邊界點(diǎn)云中第一個(gè)編號(hào)的邊界點(diǎn) 為起點(diǎn)，依據(jù)編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條直線；判斷步驟：當(dāng)邊界點(diǎn)云中 還有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)時(shí)，判斷該下一個(gè)邊界點(diǎn)是否可W擴(kuò)展；擴(kuò)展步驟：當(dāng)判定所 述下一個(gè)邊界點(diǎn)可W擴(kuò)展時(shí)，將所擬合的直線延長(zhǎng)至該下一個(gè)邊界點(diǎn)，并返回判斷步驟；及 擬合步驟二：當(dāng)判定所述下一個(gè)邊界點(diǎn)不可W擴(kuò)展時(shí)，W該不可W擴(kuò)展的邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，依 據(jù)編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條新的直線，并返回判斷步驟；連接步驟：當(dāng) 邊界點(diǎn)云中沒(méi)有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)，利用所擬合的直線得到多條線段，依次連接所述 多條線段構(gòu)成點(diǎn)云邊界線。
[0008] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)及方法可W通過(guò)高精度的多義線擬合 算法獲取點(diǎn)云的邊界數(shù)據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1是本發(fā)明點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)較佳實(shí)施例的運(yùn)行環(huán)境示意圖。
[0010] 圖2是本發(fā)明點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。 W11] 圖3是本發(fā)明點(diǎn)云中非邊界點(diǎn)的示意圖。
[0012] 圖4是本發(fā)明點(diǎn)云中邊界點(diǎn)的示意圖。
[0013] 圖5是本發(fā)明中邊界點(diǎn)擬合及擴(kuò)展的示意圖。
[0014] 圖6是本發(fā)明中利用不符合要求的邊界點(diǎn)重新擬合直線的示意圖。
[0015] 圖7是本發(fā)明中連接所擬合的直線的示意圖。
[0016] 圖8是本發(fā)明點(diǎn)云邊界擬合方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。
[0017] 主要元件符號(hào)說(shuō)明
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 如圖1所示，是本發(fā)明點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)較佳實(shí)施例的運(yùn)行環(huán)境示意圖。該點(diǎn)云 邊界擬合系統(tǒng)10運(yùn)行于一臺(tái)計(jì)算機(jī)1中，所述計(jì)算機(jī)1包括處理器11、存儲(chǔ)裝置12 W及顯 示裝置13。所述處理器11用于執(zhí)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合系統(tǒng)10中的各功能模塊。所述的存儲(chǔ)裝 置12用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)1的各類數(shù)據(jù)，例如一待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云文件，所述點(diǎn)云文件可W為一 個(gè)TXT格式的文件，該TXT格式的文件記錄了待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。所述的顯 示裝置13用于顯示計(jì)算機(jī)1的可視化數(shù)據(jù)。
[0019] 在本實(shí)施例中，所述點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)10 W軟件程序或指令的形式安裝在存儲(chǔ) 裝置12中，并由處理器11執(zhí)行。在其它實(shí)施例中，所述存儲(chǔ)裝置12可W為計(jì)算機(jī)1外接 的存儲(chǔ)器。所述點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)10用于通過(guò)高精度的多義線擬合算法獲取點(diǎn)云的邊界 數(shù)據(jù)。
[0020] 如圖2所示，是本發(fā)明點(diǎn)云邊界擬合系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。該點(diǎn)云邊界 擬合系統(tǒng)10包括導(dǎo)入模塊100、網(wǎng)格化模塊101、確定模塊102,擬合模塊103,判斷模塊 104,擴(kuò)展模塊105, W及連接模塊106。本發(fā)明所稱的模塊是完成一特定功能的計(jì)算機(jī)程序 段，比程序更適合于描述軟件在計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行過(guò)程，因此本發(fā)明W下對(duì)軟件描述都W模 塊描述。
[0021] 所述導(dǎo)入模塊100用于導(dǎo)入一待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云文件，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0022] 所述網(wǎng)格化模塊101用于對(duì)得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行=角網(wǎng)格化處理，得到網(wǎng)格化點(diǎn) 云。具體而言，從所述待測(cè)產(chǎn)品的點(diǎn)云中任意選取距離最近的兩點(diǎn)確定一條有效邊，W此有 效邊作為=角形的邊；尋找該有效邊附近的第=點(diǎn)，要求該有效邊與第=點(diǎn)所構(gòu)成=角形 的外接圓內(nèi)不包含其它點(diǎn)，否則舍棄該點(diǎn)；依次選取W=角形的另外兩邊作為有效邊，尋找 有效邊附近的點(diǎn)，構(gòu)建新的=角形，要求有效邊與第=點(diǎn)所構(gòu)成的新的=角形的外接圓內(nèi) 不包含其它點(diǎn)，依次操作循環(huán)，直到所述點(diǎn)云中所有的點(diǎn)都被連接成=角形，達(dá)到=角網(wǎng)格 化的效果，得到網(wǎng)格化點(diǎn)云。
[0023] 所述確定模塊102用于確定網(wǎng)格化點(diǎn)云中的邊界點(diǎn)。具體而言，所述確定邊界點(diǎn) 的方式如下：網(wǎng)格化點(diǎn)云全部由=角形組成，判斷一個(gè)點(diǎn)是否為邊界點(diǎn)，需先找出所有W該 點(diǎn)為頂點(diǎn)的=角形，依次計(jì)算每個(gè)=角形中W該點(diǎn)為頂點(diǎn)的夾角的度數(shù)；然后將所有W該 點(diǎn)為頂點(diǎn)的夾角度數(shù)相加，如果和為360度，則該點(diǎn)不是邊界點(diǎn)（為點(diǎn)云內(nèi)部的點(diǎn))，如果和 小于360度，則該點(diǎn)為邊界點(diǎn)。如圖3所示，圖中角Z A0B、角Z B0C、角Z COD、角Z DOE、角 Z EOF及角Z FOA相加，其和等于360度，所述確定模塊102判定點(diǎn)0不是邊界點(diǎn)。如圖4 所示，圖中角Z ABS及角Z SBC相加之和小于360,所述確定模塊102確定點(diǎn)B為邊界點(diǎn)。
[0024] 所述確定模塊102依照上述方法確定網(wǎng)格化點(diǎn)云中所有的邊界點(diǎn)后，還用于利用 具有一預(yù)設(shè)順序的標(biāo)識(shí)對(duì)所確定的邊界點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，例如標(biāo)識(shí)A，B，C......，并將編號(hào)后的 邊界點(diǎn)保存為邊界點(diǎn)云。
[0025] 所述擬合模塊103用于W所確定的邊界點(diǎn)云中第一個(gè)編號(hào)的邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，依據(jù) 編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條直線。如圖5所示，所述擬合模塊103 W點(diǎn)A (標(biāo)識(shí)為A)為起點(diǎn)，圖中點(diǎn)A、B、C是編號(hào)連續(xù)的相鄰的S個(gè)邊界點(diǎn)，所述擬合模塊103利用 類似最小二乘法等擬合方法將點(diǎn)A、B、C擬合成如圖5中所示的直線Ll。
[00%] 所述判斷模塊104用于判斷是否有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)。所述判斷模塊104可 W根據(jù)所述編號(hào)的順序，確定上述擬合成一條直線的=個(gè)點(diǎn)之后的下一個(gè)編號(hào)所對(duì)應(yīng)的邊 界點(diǎn)為下一個(gè)邊界點(diǎn)，然后判斷該下一個(gè)邊界點(diǎn)是否被擬合成直線。如圖5所示，當(dāng)點(diǎn)A、B、 C擬合成直線后，所述判斷模塊104判斷下一個(gè)邊界點(diǎn)為點(diǎn)D，且該點(diǎn)未被擬合成直線，所述 判斷模塊104可W判定有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)。應(yīng)說(shuō)明的是，由于按照順序?qū)吔琰c(diǎn)進(jìn) 行擬合，如果判斷模塊104判定沒(méi)有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)時(shí)，表示所有邊界點(diǎn)均被處理 W擬合成直線。
[0027] 所述的判斷模塊104還用于當(dāng)判定有未處理的下一個(gè)邊界點(diǎn)時(shí)，判斷該下一個(gè)邊 界點(diǎn)是否可W擴(kuò)展。在本較佳實(shí)施例中，所述判斷模塊104可W通過(guò)計(jì)算該下一個(gè)邊界點(diǎn) 到所對(duì)應(yīng)的所擬合的直線的距離，判斷所計(jì)算的距離是否小于預(yù)設(shè)的閥值。如果所計(jì)算的 距離小于與預(yù)設(shè)的閥值，表示該下一個(gè)邊界點(diǎn)可W擴(kuò)展。如果所計(jì)算的距離大于與預(yù)設(shè)的 閥值，表示該下一個(gè)邊界點(diǎn)不可W擴(kuò)展。
[0028] 所述擴(kuò)展模塊104用于當(dāng)確定所述下一個(gè)邊界點(diǎn)可W擴(kuò)展時(shí)，將所擬合的直線延 長(zhǎng)至所確定的下一個(gè)邊界點(diǎn)。在本較佳實(shí)施例中，所述擴(kuò)展模塊104可W利用所述下一個(gè) 邊界點(diǎn)投影到所述擬合的直線的投影點(diǎn)來(lái)確定所需延長(zhǎng)到的點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0029] 當(dāng)確定所述下一個(gè)邊界點(diǎn)不可W擴(kuò)展時(shí)，所述擬合模塊103還用于W該不可W擴(kuò) 展的邊界點(diǎn)為起點(diǎn)，依據(jù)編號(hào)的順序選取相鄰的=個(gè)點(diǎn)并擬合成一條新的直線，所述的判 斷模塊103繼續(xù)判斷是否有下一個(gè)可W擴(kuò)展的邊界點(diǎn)，直至所有邊界點(diǎn)均擬合成直線。假 設(shè)圖5中點(diǎn)D到點(diǎn)A、B、C所擬合的直線的距離大于默認(rèn)的閥值，即，點(diǎn)D為不可W擴(kuò)展的邊 界點(diǎn)，如圖6所示，所述擬合模塊103會(huì)W點(diǎn)D為新的起點(diǎn)，根據(jù)編號(hào)的順序選取連續(xù)的= 個(gè)點(diǎn)D、E、F并擬合成新的直線L2。<