一种基于几何要素的零件点云分割方法技术

本发明专利技术公开了一种基于几何要素的零件点云分割方法，主要步骤如下：建立IGES格式的零件模型和建立零件点云。对所述零件模型和所述零件点云进行配准。选定所述零件点云中的一点xi，算所述点xi到所述零件模型中每个面要素的距离。按照升序排列的距离，将每个距离对应的面要素按序存入堆中。找出所述点xi在堆顶面要素上的投影点xil′并判断所述投影点xi′与所述堆顶面要素边界的关系。重复上述步骤，直到遍历所述零件点云中的所有点。根据建立的对应关系，将对应于同一面要素的点分割到同一点集。一个点集构成一个分割点云。

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何要素的零件点云分割方法
本专利技术涉及精密测量领域，具体是一种基于几何要素的零件点云分割方法。
技术介绍
点云是物体表面点数据的集合，是一种常用的模型表示方法。点云包含了模型所有表面的信息，其在误差分析、自由曲面重建、机器视觉等领域有着广泛的应用。在进行模型的相关分析时，针对的是模型的特定表面。因此，在分析时，需要从点云中分割出属于不同面片的点云子集。点云分割的实质是根据模型的特征信息，把对应于不同特征的点划分到同一点集。目前，点云分割方法按照处理方式的不同可分为三类：基于边的方法、基于面的方法和基于聚类的方法。但是，大多数基于边的方法不仅会受到测量噪声的影响，还不易找准曲率变化不大的曲面的边界。在使用基于面的方法时，点云边缘容易产生变形，出现“过分割”和“欠分割”的问题。在使用基于聚类的方法时，可能找不准聚类的依据。同时，在聚类时，需要大量计算点的邻域信息。因此基于聚类的方法容易对稀疏的点云或密度不均的点云进行错误分割。上述的方法在点云数据在提取出模型的特征信息，都依据的是点云的局部信息，从而实现点云的分割时，根据的是点云的局部信息。因此，上述方法的准确性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于几何要素的零件点云分割方法，主要包括以下步骤：1)确定需要进行点云分割的零件；2)提取所述零件的几何要素；进一步，所述几何要素包括所述零件的点、线和面。3)根据所述几何要素建立IGES格式的零件模型；4)在AutoCad中输入所述零件模型；5)对所述零件模型进行扫描，提取出所述零件模型的面要素；6)对所述零件模型进行点采样；7)根据步骤6中采样得到的点建立零件点云；8)利用有向包围盒方法对所述零件模型和所述零件点云进行粗配准；9)粗配准后，利用迭代最近点算法对所述零件模型和所述零件点云进行精配准；10)精配准后，选定所述零件点云中的一点xi；1≤i≤n其中，xi为所述零件点云中任一点；i为所述零件点云中点的序号，i的初始值为1；n为所述零件点云中点的总数；11)根据步骤10得到的精配准结果，计算所述点xi到所述零件模型中每个面要素的距离；12)将计算得到的距离升序排列；将升序排列的距离存入VC++自带的容器Vector中；13)按照升序排列的距离，将每个距离对应的面要素按序存入堆中；堆顶初始面要素为离所述点xi距离最小的面要素P1；堆底初始面要素为离所述点xi距离最大的面要素Pm；所述面要素的集合为P＝{P1,P2,P3...Pm}；其中，P1,P2,P3...Pm均为面要素；m为所述面要素的总数；14)找出所述点xi在堆顶面要素上的投影点xi1'；判断所述投影点xi'与所述堆顶面要素边界的关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界内部，则建立所述点xi与所述堆顶面要素的对应关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界外部，则删除堆顶面要素，更新堆；15)重复步骤14，直到建立对应关系或面要素已被全部判断；16)重复步骤1至步骤15，直到遍历所述零件点云中的所有点；17)根据建立的对应关系，将对应于同一面要素的点分割到同一点集；一个点集构成一个分割点云。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的。针对零件点云数据，特别是稀疏点云数据和密度不均匀的点云数据，本专利技术有效结合了IGES模型重构和点云配准的相关算法，并利用了IGES模型的几何要素实现了点云的分割。本专利技术有效的降低了先验知识的需求，提高了点云分割的自动化程度与精度。因此，本专利技术能够实现零件点云的高质量分割。附图说明图1为实施流程图。图2为原点云模型。图3为利用本专利技术分割之后的模型。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：参见图1，一种基于几何要素的零件点云分割方法，主要包括以下步骤：1)确定需要进行点云分割的零件；2)提取所述零件的几何要素；进一步，所述几何要素包括所述零件的点、线和面。本方法主要利用了所述零件的面要素。优选的，提取所述零件的几何要素时，可以利用激光位移从不同位置和角度对所述零件实物的表面进行三维扫描和测量，并对关键部位进行细化测量。3)根据所述几何要素建立IGES格式的零件模型；进一步，所述IGES格式主要用于存储所述零件模型的几何尺寸和点线面的拓扑关系。所述IGES格式是一个基于NURBS的文件格式，可以用AutoCad打开。所述零件模型能够提供准确的零件特征信息，不仅节省了特征提取的时间，还提高了点云分割的准确性和分割的自动化程度。4)在AutoCad中输入所述零件模型；5)对所述零件模型进行扫描，提取出所述零件模型的面要素；6)对所述零件模型进行点采样；优选的，在点采样过程中，对一些关键部位进行精细采集，在大曲率或曲率变化剧烈的区域尽可能的获得较多的采样点，在相对平坦的区域可以获得较少的采样点。7)根据步骤6中采样得到的点建立零件点云；进一步，所述零件点云为STL格式；STL文件格式简单，主要用于描述三维物体的几何信息。所述零件点云可以是稀疏点云或密度不均匀的点云。8)利用有向包围盒(OBB)方法对所述零件模型和所述零件点云进行粗配准；进一步，有向包围盒方法用体积稍大且特性简单的几何体(包围盒)来近似代替复杂的几何对象。在选择包围盒的大小和方向时，根据的是所述零件本身的几何形状。也就是说，有向包围盒的方向具有任意性。因此，包围盒可以根据所述零件的形状特点尽可能的包围所述零件。9)粗配准后，利用迭代最近点算法(ICP)对所述零件模型和所述零件点云进行精配准；进一步，迭代最近点算法主要用于寻求所述零件模型和所述零件点云的匹配关系。10)精配准后，选定所述零件点云中的一点xi；1≤i≤n其中，xi为所述零件点云中任一点；i为所述零件点云中点的序号，i的初始值为1；n为所述零件点云中点的总数；11)根据步骤10得到的精配准结果，计算所述点xi到所述零件模型中每个面要素的距离；12)将计算得到的距离升序排列；将升序排列的距离存入VC++自带的容器Vector中；13)按照升序排列的距离，将每个距离对应的面要素按序存入堆中；堆顶初始面要素为离所述点xi距离最小的面要素P1；堆底初始面要素为离所述点xi距离最大的面要素Pm；所述面要素的集合为P＝{P1,P2,P3...Pm}；其中，P1,P2,P3...Pm均为面要素；m为所述面要素的总数；14)找出所述点xi在堆顶面要素上的投影点xi1'；判断所述投影点xi'与所述堆顶面要素边界的关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界内部，则建立所述点xi与所述堆顶面要素的对应关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界外部，则删除堆顶面要素，更新堆；进一步，判断所述投影点xi'与所述堆顶面要素边界关系的方法是：过所述点xi和所述投影点xi'做任意平面，任取所述平面和所述堆顶面要素边界的一个交点。所述交点和所述投影点xi'构成一条曲线段。如果所述曲线段和所述堆顶面要素有奇数个交点，那么所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界内部。如果本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于几何要素的零件点云分割方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)确定需要进行点云分割的零件；2)提取所述零件的几何要素；3)根据所述几何要素建立IGES格式的零件模型；4)在Auto Cad中输入所述零件模型；5)对所述零件模型进行扫描，提取出所述零件模型的面要素；6)对所述零件模型进行点采样；7)根据步骤6中采样得到的点建立零件点云；8)利用有向包围盒方法对所述零件模型和所述零件点云进行粗配准；9)粗配准后，利用迭代最近点算法对所述零件模型和所述零件点云进行精配准；10)精配准后，选定所述零件点云中的一点xi；1≤i≤n其中，xi为所述零件点云中任一点；i为所述零件点云中点的序号，i的初始值为1；n为所述零件点云中点的总数；11)根据步骤10得到的精配准结果，计算所述点xi到所述零件模型中每个面要素的距离；12)将计算得到的距离升序排列；将升序排列的距离存入VC++自带的容器Vector中；13)按照升序排列的距离，将每个距离对应的面要素按序存入堆中；堆顶初始面要素为离所述点xi距离最小的面要素P1；堆底初始面要素为离所述点xi距离最大的面要素Pm；所述面要素的集合为P＝{P1,P2,P3...Pm}；其中，P1,P2,P3...Pm均为面要素；m为所述面要素的总数；14)找出所述点xi在堆顶面要素上的投影点xi1′；判断所述投影点xi'与所述堆顶面要素边界的关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界内部，则建立所述点xi与所述堆顶面要素的对应关系；如果所述投影点xi'在所述堆顶面要素边界外部，则删除堆顶面要素，更新堆；15)重复步骤14，直到建立对应关系或堆中面要素已被全部判断；16)重复步骤1至步骤15，直到遍历所述零件点云中的所有点；17)根据建立的对应关系，将对应于同一面要素的点分割到同一点集；一个点集构成一个分割点云。...

【技术特征摘要】
1.一种基于几何要素的零件点云分割方法，其特征在于，主要包括以下步骤：1)确定需要进行点云分割的零件；2)提取所述零件的几何要素；3)根据所述几何要素建立IGES格式的零件模型；4)在AutoCad中输入所述零件模型；5)对所述零件模型进行扫描，提取出所述零件模型的面要素；6)对所述零件模型进行点采样；7)根据步骤6中采样得到的点建立零件点云；8)利用有向包围盒方法对所述零件模型和所述零件点云进行粗配准；9)粗配准后，利用迭代最近点算法对所述零件模型和所述零件点云进行精配准；10)精配准后，选定所述零件点云中的一点xi；1≤i≤n其中，xi为所述零件点云中任一点；i为所述零件点云中点的序号，i的初始值为1；n为所述零件点云中点的总数；11)根据步骤10得到的精配准结果，计算所述点xi到所述零件模型中每个面要素的距离；12)将计算得到的距离升序排列；将升序排列的距离存入VC++自带的容器Vector中；13)按照升序排列的距离，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段黎明，张桂，何泳江，杨尚朋，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50