用于平面表面分割的视觉系统和分析方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于平面表面分割的视觉系统和分析方法。视觉系统配置为动态地检查视野中的物体。这包括使用摄像头捕获视野的三维(3D)点云数据和3D点云数据的每一个点转换为多个切向表面向量。基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量。采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值。使用距离分布峰值分离平行平面。执行径向相接最近邻策略，其与基于单元划分的最近邻过程组合，以将平面区块分割。基于分割的平面区块识别平面表面。

【技术实现步骤摘要】
用于平面表面分割的视觉系统和分析方法
本专利技术涉及机器视觉系统。
技术介绍
机器视觉系统用于制造环境，以通过捕获和分析数字影像而自动地检查零件、部件、子系统和其他制造产品。
技术实现思路
一种视觉系统配置为动态检查视野中的物体。这包括使用摄像头捕获视野的三维(3D)点云数据和将3D点云数据的每一个点转变为多个切向表面向量。基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量。采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值。使用距离分布峰值分离平行平面。执行径向相接最近相邻策略，其与基于单元划分的最近相邻搜索过程组合，以将平面区块分割。基于分割的平面区块识别平面表面。根据本专利技术一方面，提供一种用于采用视觉系统动态检查视野中物体的方法，包括：捕获视野的三维(3D)点云数据；将3D点云数据的每一个点转换为多个切向表面向量；基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量；采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值；使用距离分布峰值将平行平面分离；使用控制器执行径向相接最近邻策略，其与基于单元划分的最近邻搜索过程组合，以将平面区块分割；和基于分割的平面区块识别物体的平面表面。优选地，其中将3D点云数据转换为多个切向表面向量包括，获得两个邻近点的差，以将3D点云数据中每一个点转换为切向表面向量。优选地，其中基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量包括：识别3D点云中每一个点周围的表面区域中点的邻域；确定用于点的邻域中的每一个点的切向表面向量；和计算用于点的邻域的切向表面向量的叉积。优选地，其中识别3D点云中每一个点周围的表面区域中的点的邻域包括，识别用于3D点云数据中每一个点的7x7点的表面区域。优选地，其中确定用于多个切向表面向量的表面法向向量包括：识别3D点云数据中每一个点周围的点的邻域；确定与点的邻域相关的切向表面向量；和计算切向表面向量的叉积以确定用于3D点云数据中每一个点的表面法向向量。优选地，其中采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值包括，在单元球面网格的网格顶点上施加离散Laplacian-Beltrami(LB)算子，以检测分布峰值。优选地，其中捕获视野的3D点云数据包括使用数字摄像头捕获视野的3D点云数据。优选地，其中使用分布峰值将平行平面分离包括沿平面法向方向使用距离分布将平行平面分离。根据本专利技术再一方面，提供一种用于动态处理与视野相关的三维(3D)点云的方法，包括：将3D点云的每一个点转换为多个切向表面向量；基于多个切向表面向量确定用于3D点云的每一个点的表面法向向量；采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值；使用距离分布峰值将平行平面分离；通过使用控制器执行与基于单元划分的最近邻搜索过程组合的径向相接最近邻策略将平面区块分割；和基于分割的平面区块识别平面表面。优选地，其中将3D点云数据转换为多个切向表面向量包括，获得两个相邻点的差，以将3D点云数据中的每一个点转换为切向表面向量。优选地，其中基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量包括：识别3D点云中的每一个点周围的表面区域中的点的邻域；确定用于点的邻域中的每一个点的切向表面向量；和计算用于点的邻域的切向表面向量的叉积。优选地，其中识别3D点云中的每一个点周围的表面区域中的点的邻域包括，识别用于3D点云数据中的每一个点的7x7点的表面区域。优选地，其中确定用于多个切向表面向量的表面法向向量包括：识别3D点云数据中的每一个点周围的点的邻域；确定与点的邻域相关的切向表面向量；和计算切向表面向量的叉积以确定用于3D点云数据中的每一个点的表面法向向量。优选地，其中采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值包括，在单元球面网格的网格顶点上应用离散Laplacian-Beltrami(LB)算子，以检测分布峰值。优选地，其中捕获视野的3D点云数据包括使用数字摄像头捕获视野的3D点云数据。优选地，其中使用分布峰值将平行平面分离包括沿平面法向方向使用距离分布将平行平面分离。根据本专利技术又一方面，提供一种用于动态检查视野中的物体的视觉系统，包括：数字摄像头，信号连接到摄像头控制器，所述摄像头控制器信号连接到分析控制器；数字摄像头配置为捕获包括视野的三维(3D)影像的位图影像文件；摄像头控制器在位图影像文件上执行数字信号处理，以产生3D点云；和分析控制器执行控制例程，其包括以下步骤：将3D点云数据的每一个点转换为多个切向表面向量，基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量；采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值，使用距离分布峰值将平行平面分离，执行径向相接最近邻策略，其与基于单元划分的最近邻搜索过程组合，以将平面区块分割；和基于分割的平面区块识别物体的平面表面。从下文结合附图考虑时进行的对实施本专利技术的较佳模式中的一些和其他实施例做出的详尽描述能容易地理解上述的本专利技术的特征和优点以及其他的特征和优点。附图说明现在参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中:图1示意性地示出了根据本专利技术的包括影像检测器(摄像头)和分析控制器的示例性视觉系统；图2示意性地显示了根据本专利技术的用于将在数字摄像头的视野中产生的场景点云的平面表面区块分割的平面表面分割过程，所述摄像头能捕获三维(3D)影像；图3通过图表显示了根据本专利技术的3D点云的一个点周围的邻域，包括多个切向表面向量和估计的表面法向向量；图4通过图表显示了根据本专利技术的3D坐标系情况下单元球面网格的实施例；图5-1、5-2和5-3通过图表显示了根据本专利技术的单元球面网格用于具有三个标准正交平面的箱体的3D点云数据的应用；图6-1通过图表显示了根据本专利技术的多个平行的平面候选点，其相对于始于3D空间的源点的平均表面法向向量和点向量绘制；图6-2通过图表显示了根据本专利技术的基于参考图6-1所示的结果沿一个平面表面法线方向投射的距离分布的一维(1D)直方图；图7通过图表显示了根据本专利技术的执行快速平面表面区块分割的结果，其包括将相同平面上每一个区块中的所有点转换到XOY平面；和图8通过图表显示了可应用到单元球面网格的三角划分网格，所述单元球面网格例如为参考图4所示的单元球面网格。具体实施方式点云是在三维(3D)坐标系的情况下描述视野中的三维场景的点的集合，且可图示一个实施例中的物体的外部表面。点云可以用于执行各种操作，例如物体识别、物体分类、场景可视化、分割、二维影像数据增强和/或其他类型的操作。使用点云执行这些操作的性能水平可能取决于该点云的分辨率。如在本文使用的，点云的分辨率可以是通过点云捕获的场景中的特征结构在点云中可辨别的细节水平。点云的分辨率可能取决于点云中点的数量和/或在点云的一个或多个部分中的点的点密度。如在本文使用的，点密度是每单元体积的点数量的测量值。具有比点云的另一部分更高点密度的点云的部分与其他部分相比不稀疏。现在参见附图，其中绘图仅是用于示出某些示例性实施例的目的而不是为了对其进行限制，图1示意性地示出了示例性视觉系统100，其包括影像记录器(摄像头)10、控制器20和分析控制器60。摄像头10优选是数字影像记录装置，其能捕获视野(FOV)35的三维(3D)影像，该三维影像通过摄像头控制器20转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于采用视觉系统动态检查视野中物体的方法，包括：捕获视野的三维(3D)点云数据；将3D点云数据的每一个点转换为多个切向表面向量；基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量；采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值；使用距离分布峰值将平行平面分离；使用控制器执行径向相接最近邻策略，其与基于单元划分的最近邻搜索过程组合，以将平面区块分割；和基于分割的平面区块识别物体的平面表面。

【技术特征摘要】
2015.01.08 US 14/592,1331.一种用于采用视觉系统动态检查视野中物体的方法，包括：捕获视野的三维(3D)点云数据；将3D点云数据的每一个点转换为多个切向表面向量；基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量；采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值，包括将二十面体内接到单元球面网格中，并递归细分其中的每个三角形，以生成具有多个三角形面和网格顶点的三角划分并且基于其检测分布峰值；使用检测的分布峰值将平行平面分离，其中将平行平面分离包括使用控制器执行径向相接最近邻策略，其与基于单元划分的最近邻搜索过程组合，以在相同的取向上将分离的平行平面分割成多个平面区块；和基于分割的平面区块识别物体的平面表面。2.如权利要求1所述的方法，其中将3D点云数据转换为多个切向表面向量包括，获得两个邻近点的差，以将3D点云数据中每一个点转换为切向表面向量。3.如权利要求1所述的方法，其中基于多个切向表面向量确定用于3D点云数据的每一个点的表面法向向量包括：识别3D点云中每一个点周围的表面区域中点的邻域；确定用于点的邻域中的每一个点的切向表面向量；和计算用于点的邻域的切向表面向量的叉积。4.如权利要求3所述的方法，其中识别3D点云中每一个点周围的表面区域中的点的邻域包括，识别用于3D点云数据中每一个点的7x7点的表面区域。5.如权利要求1所述的方法，其中确定用于多个切向表面向量的表面法向向量包括：识别3D点云数据中每一个点周围的点的邻域；确定与点的邻域相关的切向表面向量；和计算切向表面向量的叉积以确定用于3D点云数据中每一个点的表面法向向量。6.如权利要求1所述的方法，其中采用单元球面网格检测表面法向向量中的分布峰值包括，在与单元球面网格相关的三角形的网格顶点上施加离散Laplacian-Beltrami(LB)算子，以检测分布峰值，包括：识别单元球面网格上的参考点，将三角形网格马赛克应用到单元球面网格，其中三角形网格马赛克近似于二...

【专利技术属性】
技术研发人员：S李，HH阮，J金，J史，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，成均馆大学企业合作基金会，
类型：发明
国别省市：美国;US