一種臺階性邊緣曲面重建的方法
【專利摘要】本發(fā)明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：采集空間數(shù)據(jù)點，根據(jù)空間數(shù)據(jù)點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺階性邊緣，則轉(zhuǎn)到步驟2，否則，結(jié)束臺階性邊緣曲面的重建；步驟2：選擇步驟1中空間數(shù)據(jù)點的投影平面，然后將散亂的空間數(shù)據(jù)點投影到所選的投影平面上，形成二維圖像；步驟3：計算空間數(shù)據(jù)點投影在投影平面后的相對應(yīng)的網(wǎng)格點的灰度值；步驟4：對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區(qū)域分割處理；步驟5：完成了臺階性邊緣的曲面重建。本發(fā)明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，對臺階性邊緣的曲面進行重建時生成的曲面的質(zhì)量好。
【專利說明】
-種臺階性邊緣曲面重建的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于曲面重建技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種臺階性邊緣曲面重建的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前的曲面重建大多數(shù)采用動態(tài)元半徑進行曲面重建，可W通過合理選擇圓半徑 來調(diào)節(jié)曲面生成的質(zhì)量，易于實現(xiàn)，但是對于出現(xiàn)臺階型邊緣的處理則不盡如人意，即重建 后的效果差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種臺階性邊緣曲面重建的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的 臺階型邊緣的曲面重建效果差的問題。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照W下步 驟實施：
[0005] 步驟1:采集空間數(shù)據(jù)點，根據(jù)空間數(shù)據(jù)點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺 階性邊緣，則轉(zhuǎn)到步驟2，否則，結(jié)束臺階性邊緣曲面的重建；
[0006] 步驟2:選擇步驟1中空間數(shù)據(jù)點的投影平面，然后將散亂的空間數(shù)據(jù)點投影到所 選的投影平面上，形成二維圖像；
[0007] 步驟3:計算空間數(shù)據(jù)點投影在投影平面后的相對應(yīng)的網(wǎng)格點的灰度值；
[000引步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區(qū)域分割處 理；
[0009] 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)點作為臺階性邊緣的邊緣點， 在步驟4劃分的每個區(qū)域里，將邊緣點轉(zhuǎn)換的散亂空間數(shù)據(jù)點進行標識，作為=角網(wǎng)格化的 邊界點，每個區(qū)域進行=角網(wǎng)格化后，將相鄰區(qū)域的=角網(wǎng)格進行連通處理，恢復(fù)=維實 體，即完成了臺階性邊緣的曲面重建。
[0010] 本發(fā)明的特點還在于：
[0011] 步驟2選擇投影平面時要保證投影區(qū)域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平 面作為投影平面，運樣只需要將Z軸高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像的灰度信息；并對XOY平面進行網(wǎng) 格劃分，形成若干網(wǎng)格點。
[0012] 步驟2具體為:首先確定散亂空間數(shù)據(jù)點的Z軸最大高度數(shù)據(jù)Zmax和Z軸的最小高度 數(shù)據(jù)Zmin,然后將Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應(yīng)，最后通過下式將所有散亂空間數(shù)據(jù)點的 高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成灰度值GU，y):
[OOU]
(1)
[0014] 其中，（x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點投影后的灰 度值，Z(x，y)為當前空間數(shù)據(jù)點的高度值。
[0015] 當空間數(shù)據(jù)點投影位于投影平面的網(wǎng)格點I上時，步驟3具體為：
[0016] 空間數(shù)據(jù)點投影位置為A(xo，yo)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值即網(wǎng)格點I(Xi，yi)的灰度值Gi (xi，yi)為：
[0017]
(2)〇
[0018] 至間數(shù)捉點的巧影位置位十IWJ裕點刃甲位、網(wǎng)但刃半徑的區(qū)域內(nèi)，則認為該 空間數(shù)據(jù)點位于網(wǎng)格點上。
[0019] 闊值選擇為0.1像素。
[0020] 當網(wǎng)格點I位于兩個所述空間數(shù)據(jù)點投影連線上時，步驟3具體為：
[0021] 兩個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為A(xo，yo)和B(xi，yi)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值分別 為Go(xo,yo)和Gi(xi,yi):
[0022] C3)
[0023] (4)
[0024] AB之間的網(wǎng)格點的坐標為I (Xi，yi)，網(wǎng)格點的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0025] (5)
[0026]
[00的] C6)
[002引
[0029] :7)。
[0030] 當網(wǎng)格點I位于S個空間數(shù)據(jù)點投影后形成的最小S角形區(qū)域內(nèi)時，步驟3具體 為：
[0031] S個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為4^〇,7〇)、8^1，71)和(：^2,72)，轉(zhuǎn)換之后的灰 度值分別為Go(M, yo)、Gi (Xi, y 1)和G2 (X2，Y2):
[0035] 網(wǎng)格點I的坐標為（xi，yi)，A(x日，y日）、C(X2，y2)所在的直線與直線y = yi的交點為P (卻，7。），4(則，7日）、8(財，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(^1，7。），
[0032] C8)
[0033] C9)
[0034] (10)
[0036] P (Xp，yp)轉(zhuǎn)換之后的灰度值Gp (Xp，yp)為：
[0037] ( n )
[00；3 引
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] (14)
[0044]
[0045] I
[0046]
[0047] )
[004引
[0049] (17)
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4] 步驟5具體為：
[0055] 在一個區(qū)域內(nèi)選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區(qū)域的標識點 連接;然后再相鄰的區(qū)域內(nèi)，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行 連接，形成S角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區(qū)域內(nèi)，計算標識點到直線XY的距離， 選擇距離最小的標識點Z作為=角形的第=個頂點；將產(chǎn)生的=角形頂點進行無效標記，W 后不參加=角形的形成過程;重復(fù)上述過程，直至兩個區(qū)域的有效標識點個數(shù)少于3或剩余 的點都在同一個區(qū)域內(nèi)為止，完成了把所有的未連通區(qū)域連接起來。
[0056] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，對臺階性邊緣的 曲面進行重建時生成的曲面的質(zhì)量好。
【附圖說明】
[0057] 圖1是本發(fā)明方法中空間數(shù)據(jù)點與網(wǎng)格點的位置關(guān)系圖一；
[0058] 圖2是本發(fā)明方法中空間數(shù)據(jù)點與網(wǎng)格點的位置關(guān)系圖二；
[0059] 圖3是本發(fā)明方法中空間數(shù)據(jù)點與網(wǎng)格點的位置關(guān)系圖
[0060] 圖4是利用動態(tài)調(diào)節(jié)圓半徑的算法進行曲面重建效果圖；
[0061] 圖5是利用本發(fā)明臺階性邊緣曲面重建的方法進行曲面重建效果圖。
【具體實施方式】
[0062] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0063] 本發(fā)明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照W下步驟實施：
[0064] 步驟1:采集空間數(shù)據(jù)點，根據(jù)空間數(shù)據(jù)點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺 階性邊緣，則轉(zhuǎn)到步驟2，否則，結(jié)束臺階性邊緣曲面的重建；
[0065] 步驟2:選擇步驟1中空間數(shù)據(jù)點的投影平面，然后將散亂的空間數(shù)據(jù)點投影到所 選的投影平面上，形成二維圖像；
[0066] 其中，選擇投影平面時要保證投影區(qū)域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平 面作為投影平面，運樣只需要將Z軸高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像的灰度信息；并對XOY平面進行網(wǎng) 格劃分，形成若干網(wǎng)格點。
[0067] 步驟2具體為:首先確定散亂空間數(shù)據(jù)點的Z軸最大高度數(shù)據(jù)Zmax和Z軸的最小高度 數(shù)據(jù)Zmin,然后將Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應(yīng)，最后通過下式將所有散亂空間數(shù)據(jù)點的 高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成灰度值GU，y):
[006引
（1 )
[0069] 其中，（x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點投影后的灰 度值，Z(x，y)為當前空間數(shù)據(jù)點的高度值。
[0070] 步驟3:計算空間數(shù)據(jù)點投影在投影平面后的相對應(yīng)的網(wǎng)格點的灰度值；
[0071] 當空間數(shù)據(jù)點投影位于投影平面的網(wǎng)格點I上（空間數(shù)據(jù)點的投影位置位于W網(wǎng) 格點為中屯、、W闊值為半徑的區(qū)域內(nèi)，則認為該空間數(shù)據(jù)點位于網(wǎng)格點上，闊值選擇為0.1 像素)時，如圖1所示，步驟3具體為：
[0072] 空間數(shù)據(jù)點投影位置為A(xo，yo)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值即網(wǎng)格點I(xi，yi)的灰度值Gi (xi，yi)為：
[0073]
樹。
[0074] 當網(wǎng)格點I位于兩個所述空間數(shù)據(jù)點投影連線上時，如圖2所示，步驟3具體為：
[0075] 兩個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為A(xo，yo)和B(xi，yi)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值分別 為Go(xo,yo)和Gi(xi,yi):
[007引 AB之間的網(wǎng)格點的坐標為I (Xi，yi)，網(wǎng)格點的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0076] (3)
[0077] (4)
[0079]
(5) 陶] (6)
[0080] 其中，Io為Al之間的距離：
[0082]
[0083] 巧)。
[0084] 當網(wǎng)格點I位于S個所述空間數(shù)據(jù)點投影后形成的最小S角形區(qū)域內(nèi)時，如圖3所 示，步驟3具體為：
[0085] S個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為4^〇,7〇)、8^1，71)和(：^2,72)，轉(zhuǎn)換之后的灰 度值分別為Go(M, yo)、Gi (Xi, y 1)和G2 (X2，Y2):
[0086] (8)
[0087] (9)
[008引 （10)
[0089] 網(wǎng)格點I的坐標為（xi，yi)，A(x日，y日）、C(X2，y2)所在的直線與直線y = yi的交點為P (卻，7。），4(則，7日）、8(財，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(^1，7。），
[0090] P(Xp，yp)轉(zhuǎn)換之后的灰度值Gp(Xp，yp)為：
[0091]
(II)
[0092] 其中，IpO為AP之間的距離：
[oow] (12)
[0094]
[00 巧] (13)
[00%] Q(Xq，yq)轉(zhuǎn)換之后的灰度值Gq(Xq，yq)為：
[0097] 《14)
[009引
[0099] ;丄弓)
[0100]
[0101] (16)
[0102] 貝IJ網(wǎng)格點I (Xi，yi)的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0103]
^ 17)
[0104] 其中，Iip為IP之間的距離為：
[0105] (18)
[0106]
[0107] (19):。
[0108] 步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區(qū)域分割處 理；
[0109] 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)點作為臺階性邊緣的邊緣點， 在步驟4劃分的每個區(qū)域里，將邊緣點轉(zhuǎn)換的散亂空間數(shù)據(jù)點進行標識，作為=角網(wǎng)格化的 邊界點，每個區(qū)域進行=角網(wǎng)格化后，將相鄰區(qū)域的=角網(wǎng)格進行連通處理，恢復(fù)=維實 體，即完成了臺階性邊緣的曲面重建，具體為：
[0110] 在一個區(qū)域內(nèi)選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區(qū)域的標識點 連接;然后再相鄰的區(qū)域內(nèi)，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行 連接，形成S角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區(qū)域內(nèi)，計算標識點到直線XY的距離， 選擇距離最小的標識點Z作為=角形的第=個頂點；將產(chǎn)生的=角形頂點進行無效標記，W 后不參加=角形的形成過程;重復(fù)上述過程，直至兩個區(qū)域的有效標識點個數(shù)少于3或剩余 的點都在同一個區(qū)域內(nèi)為止，完成了把所有的未連通區(qū)域連接起來。
[0111] 圖4是現(xiàn)有利用動態(tài)調(diào)節(jié)圓半徑的算法進行=角形網(wǎng)格劃分后的曲面重建效果， 圖5是利用本發(fā)明一種臺階性邊緣曲面重建的方法后劃分=角形網(wǎng)格進行曲面重建的效果 圖，圖4、圖5中均為r= IOmm的曲面重建效果圖，從兩個圖中對比可W看出，采用本發(fā)明的方 法重建后比采用現(xiàn)有動態(tài)調(diào)節(jié)圓半徑的算法重建后的曲面質(zhì)量更好，即本發(fā)明的一種臺階 性邊緣曲面重建的方法對于實體表面存在臺階性邊緣時的處理更具有優(yōu)勢。
【主權(quán)項】
1. 一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施： 步驟1:采集空間數(shù)據(jù)點，根據(jù)空間數(shù)據(jù)點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺階性 邊緣，則轉(zhuǎn)到步驟2，否則，結(jié)束臺階性邊緣曲面的重建； 步驟2:選擇步驟1中空間數(shù)據(jù)點的投影平面，然后將散亂的空間數(shù)據(jù)點投影到所選的 投影平面上，形成二維圖像； 步驟3:計算空間數(shù)據(jù)點投影在投影平面后的相對應(yīng)的網(wǎng)格點的灰度值； 步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區(qū)域分割處理； 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)點作為臺階性邊緣的邊緣點，在步 驟4劃分的每個區(qū)域里，將邊緣點轉(zhuǎn)換的散亂空間數(shù)據(jù)點進行標識，作為三角網(wǎng)格化的邊界 點，每個區(qū)域進行三角網(wǎng)格化后，將相鄰區(qū)域的三角網(wǎng)格進行連通處理，恢復(fù)三維實體，即 完成了臺階性邊緣的曲面重建。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟2選 擇投影平面時要保證投影區(qū)域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平面作為投影平面， 這樣只需要將Z軸高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像的灰度信息;并對XOY平面進行網(wǎng)格劃分，形成若干 網(wǎng)格點。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟2具 體為:首先確定散亂空間數(shù)據(jù)點的Z軸最大高度數(shù)據(jù)Z max和Z軸的最小高度數(shù)據(jù)Zmin，然后將 Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應(yīng)，最后通過下式將所有散亂空間數(shù)據(jù)點的高度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 灰度值GUji · ⑴ ιιιαΛ liiui 其中，（x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數(shù)據(jù)點投影后的灰度 值，Z(x，y)為當前空間數(shù)據(jù)點的高度值。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當空間數(shù)據(jù)點 投影位于投影平面的網(wǎng)格點I上時，所述步驟3具體為： 空間數(shù)據(jù)點投影位置為A(XQ，yQ)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值即網(wǎng)格點I(Xl， yi)的灰度值仏丨^， yi)為：(2)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述空間數(shù)據(jù) 點的投影位置位于以網(wǎng)格點為中心、以閾值為半徑的區(qū)域內(nèi)，則認為該空間數(shù)據(jù)點位于網(wǎng) 格點上。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述閾值選擇 為0.1像素。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當網(wǎng)格點I位 于兩個所述空間數(shù)據(jù)點投影連線上時，所述步驟3具體為： 兩個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為A(XQ，yo)和B(X1，yi)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值分別為Go (xo，yo)和Gi(xi，yi): (3)AB之間的網(wǎng)格點的坐標為I (Xi，yi)，網(wǎng)格點的灰度值Gi(Xi，yi)為： (4)(5) 其中，Ιο為AI之間的距離：(6) 之間的距離：(7)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當網(wǎng)格點I位 于三個所述空間數(shù)據(jù)點投影后形成的最小三角形區(qū)域內(nèi)時，所述步驟3具體為： 三個空間數(shù)據(jù)點的投影位置分別為4(1〇,7〇)、8(^，71)和(：(12, 72)，轉(zhuǎn)換之后的灰度值 分別為6〇(叉〇,7〇)、61(叉1，71)和62(叉2,72):網(wǎng)格點I的坐標為(Xi，yi)，A(xo，yo)、(^2,72)所在的直線與直線7 = 71的交點為？(義1)， 715)，厶(1()，7())、8(11，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(1(1^)， P(xp，yp)轉(zhuǎn)換之后的灰度值GP(xP，yP)為：(11) 其中，lpQ為AP之間的距離：(12) γ ' y ν' v·· f ·· +U' lp2*CP之間的距離：(13) Q(Xq，yq)轉(zhuǎn)換之后的灰度值Gq(Xq，yq)為： 其中，lq〇為AQ之間的距離為： (14) (15) 1 qi為BQ之間的距離為：(16) 貝_格點I (Xi，y i)的灰度值Gi (Xi，y i)為：(17) 其中，1 ip為IP之間的距離為：(18) lqi為IQ之間的距離為：(19)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟5具 體為： 在一個區(qū)域內(nèi)選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區(qū)域的標識點連接； 然后再相鄰的區(qū)域內(nèi)，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行連接， 形成三角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區(qū)域內(nèi)，計算標識點到直線XY的距離，選擇距 離最小的標識點Z作為三角形的第三個頂點；將產(chǎn)生的三角形頂點進行無效標記，以后不參 加三角形的形成過程;重復(fù)上述過程，直至兩個區(qū)域的有效標識點個數(shù)少于3或剩余的點都 在同一個區(qū)域內(nèi)為止，完成了把所有的未連通區(qū)域連接起來。
【文檔編號】G06T17/30GK105957152SQ201610454990
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】王崑凌
【申請人】西安工程大學