基于形变特征增强的三维点云渲染方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于形变特征增强的三维点云渲染方法、装置及存储介质，涉及点云渲染技术领域，解决了渲染结果无法辨识点云中微弱形变的技术问题，其技术方案要点是通过对输入的三维点云进行平缓化；对平缓化后的三维点云提取增强的法向量作为表面形变特征；对形变特征进行伪色彩映射，渲染得到伪色彩图。本申请针对现有点云渲染方法的效果中表面微弱形变可视性差的问题，创新性的设计了形变特征增强的三维点云渲染方法，有效的可视化了现有渲染方法无法清晰渲染的表面微弱形变。本申请对微弱形变的视觉特征增强程度优于现有点云渲染方法，而且对后置缺陷检测的增益也优于现有点云渲染方法。点云渲染方法。点云渲染方法。

【技术实现步骤摘要】
基于形变特征增强的三维点云渲染方法、装置及存储介质


[0001]本申请涉及点云渲染
，尤其涉及一种基于形变特征增强的三维点云渲染方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]随着信息化的发展，三维点云格式的数据在缺陷检测、虚拟旅游、数字城市等多个领域取得了广泛的应用。三维点云的渲染效果对其后置应用效果有着至关重要的影响。三维点云渲染方法往往是为了后置应用而针对性设计的。根据不同的应用需求及其采用的核心技术，点云渲染方法可以划分为基于细节层次(LOD)的渲染方法、基于空洞填充的渲染方法两大类。
[0003]基于细节层次(LOD)的渲染方法主要目标是通过降低渲染的计算复杂度，从而缩短渲染耗时，实现实时渲染。具体地，该类方法首先根据三维点云中的目标和视点的距离、坐标点之间的疏密关系或者目标之间的语义关系，将三维点云中的目标动态的划分成多个细节层次；然后对不同的细节层次使用不同的渲染精度，即对靠近视点的细节层次使用较高的渲染精度，远离视点的细节层次使用较低的渲染精度。基于细节层次(LOD)的渲染方法通过上述操作可以降低整个点云的渲染计算量，实现快速，甚至是实时点云渲染。
[0004]基于空洞填充的渲染方法主要目标是通过填补点云中坐标之间的空洞，实现更真实的视觉效果。具体地，该类方法首先根据坐标点的方向使用矩形或者三角面片替换坐标点，然后根据坐标点邻域之间的关系，动态的扩大和连通这些面片，使得相邻的面片互相连接。空洞填充的渲染方法通过上述操作可以填补坐标点之间的空洞，从而取得相比原始点云更加真实的视觉效果。
[0005]但上述渲染方法渲染得到的渲染结果都无法辨识点云中的微弱形变。

技术实现思路

[0006]本申请提供了一种基于形变特征增强的三维点云渲染方法、装置及存储介质，其技术目的是增强点云表面形变的视觉特征，使得渲染结果能够辨识点云中的微弱形变。
[0007]本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一种基于形变特征增强的三维点云渲染方法，包括：
[0009]S1：对输入的三维点云进行平缓化，得到平缓化后的三维点云；
[0010]S2：平缓化后的三维点云进行形变特征提取，得到形变特征图；
[0011]S3：对所述形变特征图进行伪色彩映射，得到伪色彩图像；其中，伪色彩图像即为三维点云渲染得到的输出结果。
[0012]进一步地，所述步骤S1包括：
[0013]S11：对三维点云的支撑平面进行计算，同时对三维点云进行坐标旋转变换，然后使支撑平面与坐标轴的XY平面重合，得到旋转后的三维点云；
[0014]S12：通过二次曲面对旋转后的三维点云中的主体目标进行拟合，得到拟合曲面，
对该拟合曲面带来的坐标轴在Z方向上的形变进行消除，得到平缓化后的三维点云。
[0015]进一步地，所述步骤S2包括：
[0016]S21：将平缓化后的三维点云在Z方向进行增强，得到增强后的三维点云，增强系数为Z
time
；然后对增强后的三维点云中的所有坐标点的邻域点集进行提取，然后根据所述邻域点集对局部平面进行估计，得到三维点云的法向量集合；
[0017]S22：将所述法向量集合按照其对应的坐标点位置排列成矩阵，将矩阵每个维度的RGB通道值归一化到[0,255]之间,得到形变特征图；其中，RGB通道值分别对应坐标点法向量的XYZ坐标值。
[0018]进一步地，所述步骤S3包括：
[0019]S31：通过主成分分析算法对所述形变特征图进行降维，得到单通道形变特征图；
[0020]S32：通过局部直方图均衡化算法对单通道形变特征图的局部对比度进行增加，然后使用色彩映射算法将局部对比度增加后的单通道形变特征图映射到伪色彩空间，得到伪色彩图像。
[0021]进一步地，所述输入的三维点云包括通过高精度三维激光传感器对工业品或农副产品进行旋转扫描得到的三维点云。
[0022]一种基于形变特征增强的三维点云渲染装置，包括处理器和存储器；所述存储器中存储有程序或指令，所述程序或所述指令由所述处理器加载并执行以实现如上述任一所述的基于形变特征增强的三维点云渲染方法。
[0023]一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或所述指令被处理器执行时实现如上述任一项所述的基于形变特征增强的三维点云渲染方法。
[0024]本申请的有益效果在于：本申请得到的伪色彩图像可以有效的放大点云表面形变的视觉特征，使得表面微弱形变类缺陷可以被准确的观察和标注。相比非结构化的点云数据，本申请得到的图像形式的伪色彩图像还有着易于观察和检测的优势。而且相比于现有点云渲染方法，本申请对后置缺陷检测的增益也优于现有点云渲染方法。
[0025]本申请所述方法可以用于对工业品或农副产品的三维点云进行渲染，尤其是对包含表面微弱形变类缺陷的工业品或农副产品的三维点云进行渲染，从而放大表面缺陷的形变特征。
附图说明
[0026]图1为本申请所述方法的流程图；
[0027]图2为现有点云渲染软件和本申请的渲染结果对比示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合附图对本申请技术方案进行详细说明。
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，假设现有对包含表面微弱形变的工件扫描得到的原始三维点云数据S
originDepth
中的一个原始三维点云则本申请具体步骤如下：
[0031](1)对原始三维点云进行平缓化，得到平缓化后的点云数据
在原始三维点云中，点云表面依然呈现曲面形，这是由于工件表面的固有形状带来的。而工件表面的曲面带来的深度变化和工件表面微弱形变带来的深度变化共享色彩空间，这会导致工件表面微弱形变色彩变化微弱，难以标注和检测。因此首先通过曲面拟合减弱深度图中整体的深度变化，进而缩小深度变化范围，以达到增强局部微弱形变在最终渲染伪色彩图中的可辨识度的目的。使用最小二乘法对原始三维点云进行二次曲面拟合,得到曲面方程z＝F(x,y)；对原始三维点云在曲面z＝F(x,y)带来的Z方向变化进行消除，得到平缓化后的点云数据其中平缓化后的点云数据计算公式如下：
[0032][0033](2)对平缓化后的点云数据进行形变特征提取，得到形变特征图形变特征图可以增强点云中工件表面微弱形变的视觉辨识度，减弱工件的噪声纹理等的视觉干扰。具体过程描述如下：
[0034]第一步，提取Z方向增强的法向量作为形变特征。首先使用增强系数Z
time
和平缓化后的点云数据的Z分量相乘，然后通过邻域切平面法向量估计，法向量方向矫正包括对每个点按照领域计算切面、提取法向量并矫正法向量方向。记提取法向量的过程为f
normal
:那么提取Z方向增强的法向量特征的计算方式可以表示如下公式：
[0035][0036]其中，δ(x,y,z)表示点(x,y,z)的邻域点集，该点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于形变特征增强的三维点云渲染方法，其特征在于，包括：S1：对输入的三维点云进行平缓化，得到平缓化后的三维点云；S2：平缓化后的三维点云进行形变特征提取，得到形变特征图；S3：对所述形变特征图进行伪色彩映射，得到伪色彩图像；其中，伪色彩图像即为三维点云渲染得到的输出结果。2.如权利要求1所述的三维点云渲染方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：对三维点云的支撑平面进行计算，同时对三维点云进行坐标旋转变换，然后使支撑平面与坐标轴的XY平面重合，得到旋转后的三维点云；S12：通过二次曲面对旋转后的三维点云中的主体目标进行拟合，得到拟合曲面，对该拟合曲面带来的坐标轴在Z方向上的形变进行消除，得到平缓化后的三维点云。3.如权利要求2所述的三维点云渲染方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S21：将平缓化后的三维点云在Z方向进行增强，得到增强后的三维点云，增强系数为Z
time
；然后对增强后的三维点云中的所有坐标点的邻域点集进行提取，然后根据所述邻域点集对局部平面进行估计，得到三维点云的法向量集合；S22：将所述法向量集合按照其对应的坐标点...

【专利技术属性】
技术研发人员：路通，杨国强，陶光品，荣毅，巫义锐，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：