一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法及处理终端技术

本发明专利技术公开一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法及处理终端，所述方法包括：步骤1：获取目标空间网架的三维点云并切片，得到若干相互平行等间隔的切片平面，并投射到切片平面得到点云集合；步骤2：在各个点云集合中找出各自的拟合圆，拟合圆用于表征圆形内的点云可能为焊接球，拟合圆内的圆心点云构成点云圆形坐标集合；步骤3：点云圆心坐标集合中的圆心进行分类，得到表征焊接球的局部圆心点云集合；步骤4：根据局部圆心点云集合内的点云拟合球，得到焊接球的球心半径与坐标。本发明专利技术高效确定焊接球的点云，显著提高了复杂点云中搜索球体的效率和精度。球体的效率和精度。球体的效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法及处理终端


[0001]本专利技术涉及从点云中提取构件
，具体涉及一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法及处理终端。

技术介绍

[0002]空间网架结构会应用在较多场所，特别是像机场、码头、车站等大跨度场合中，会使用到大型空间网架结构，例如候机厅的顶棚等。由于涉及到公众安全，对于这类结构，对空间网架结构的安全性要求极高，因此，准确评价网架结构在施工以及交付运营后的服役期间的安全状态显得极为重要。
[0003]在现有技术中，应用三维激光扫描传统物体(如建筑外立面、简单几何体、山体外表面，桥梁外立面)时，能得到物体表面点云数据。由于三维激光扫描精度极高，垂直物体表面的1cm之外是没有点云的，因此利用点云分割或聚类的方法很容易对点云物体进行识别。
[0004]因此，可采用三维激光扫描方式对目标空间网架结构进行扫描，从而得到点云数据，从点云数据中找出关键点，并将关键点在点云中的坐标和实际坐标进行对比，从而评价出大小网架结构的施工准确度和服役期间的变形。该方法也是目前最具前沿的手段之一。
[0005]专利技术人在实际研究中发现，大型网架结构是具有空间层次的结构，其中上弦杆和下弦杆之间通过焊接球和腹杆连接，且一个大型网架结构工程中有上千个焊接球。在实际过程中，只要对比焊接球的坐标就可以准确判断网架结构的施工准确度和变形。但由于缺乏从网架结构点云中提取关键构件的方法，只能人工从点云中选取关键点，因此非常低效，且容易出错。
[0006]利用三维激光扫描大型网架结构，从下至上会依次扫描到地面、立柱、下弦杆及焊接球、腹杆、上弦杆及焊接球和屋面。除此之外，由于三维激光扫描距离有限，一个大型网架工程的点云会由多个基站扫描的点云合并得到；由于三维激光扫描仪一般架设在地面上，即空间构件背离扫描仪的一侧无法扫到。综上，大型网架结构的点云具有如下特征：第一，同一个构件有来个多个基站扫描的点云数据，且由于扫描误差的存在，不同基站扫描同一构件得到的点云数据不完全一致；第二，圆柱状和球状物体只有局部能被扫描到。
[0007]因此，由于空间网架结构的三维点云数据异常复杂，目前基于点云分割和聚类的方法进行球体或圆柱体的识别都是失效的，从而无法提取出球体，从而也就无法根据提取出的球体判断焊接球是否施工准确、变形等进行评价。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一提供一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其能够解决
技术介绍
描述的问题；
[0009]本专利技术的目的之二提供一种处理终端，其能够解决
技术介绍
描述的问题。
[0010]实现本专利技术的目的之一的技术方案为：一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1：获取目标空间网架的三维点云，按预设切片方向对三维点云进行切片，得到N个平行的切片平面，N≥2，将三维点云中距离最近的一个切片平面的距离小于预设阈值s1的点云投射到该切片平面上，从而得到每一个切片平面各自的点云集合；
[0012]步骤2：在各个切片平面的点云集合中找出各自的拟合圆，拟合圆用于表征圆形内的点云可能为焊接球，圆周外的点云为非焊接球，拟合圆内的圆心点云构成点云圆心坐标集合；
[0013]步骤3：点云圆心坐标集合中的圆心进行分类，得到表征焊接球的局部圆心点云集合；
[0014]步骤4：根据局部圆心点云集合内的点云拟合球，拟合球的球心半径与坐标即为焊接球的球心半径与坐标，从而得到焊接球的球心半径与坐标。
[0015]进一步地，所述步骤1中，每个切片平面的点云集合的点云个数相同或相异。
[0016]进一步地，预设阈值s1根据相邻切片平面之间的距离确定，相邻切片平面之间的距离小于目标空间网架中待识别构件中的最小尺寸的a倍，0＜a＜1。
[0017]进一步地，所述步骤2的具体实现，包括如下步骤：
[0018]步骤2
‑
1：在当前切片平面的点云集合P
n
中随机选取m1个点云，P
n
表示第n个切片平面的点云集合，将这m1个点云拟合出一个圆形，得到拟合圆，3≤m1≤m/2，依次遍历其他切片平面的点云集合，从而得到每一个切片平面对应的拟合圆；
[0019]步骤2
‑
2：将点云集合P
n
中与拟合圆的距离小于预设阈值s2的点云放入集合P
n
′
，集合P
n
′
初始为空集，其中，点云与拟合圆的距离是指点云到拟合圆的圆周的最短距离，
[0020]预设阈值s2根据用于扫描形成目标空间网架的三维点云的激光扫描仪的扫描精度确定，预设阈值s2表征了距离拟合圆的圆周小于s2内的点云都可能是构成焊接球的点云；
[0021]步骤2
‑
3：若当前的拟合圆符合条件一，则保存当前拟合圆的半径、圆心坐标和点云集合P
n
′
，若当前的拟合圆不符合条件一，则重复步骤2
‑
1和步骤2
‑
2，直至达到最大搜索次数T1，
[0022]条件一：拟合圆的拟合精度＞k2且拟合圆的半径＜k3且点云集合P
n
′
中的点云数量＞k1，k1、k2和k3均为预设阈值，
[0023]k1、k2和k3的大小根据点云集合中的点云数据特征综合来确定；
[0024]步骤2
‑
4：从点云集合P
n
中删除点云集合P
n
′
，得到剩余点云集合P
n
‑
P
n
′
，并在剩余点云集合P
n
‑
P
n
′
中重复步骤2
‑
1至步骤2
‑
3，直至找出所有满足条件一的拟合圆，
[0025]依次对每一个切片平面的点云集合均按上述步骤处理，即可得到每一个切片平面上的符合条件一的拟合圆；
[0026]步骤2
‑
5：将所有切片平面上满足条件一的拟合圆的圆心坐标存入点云圆心坐标集合{C}。
[0027]进一步地，所述步骤2
‑
3中，k1取所属切片平面上圆周上点云的最大数量的1/4，k2表示拟合优度，取值大于0.9且小于1，k3的取值为点云中实际球体的最大直径的1
‑
10倍。
[0028]进一步地，所述步骤3的具体实现，包括如下步骤：
[0029]步骤3
‑
1：在点云圆心坐标集合{C}中任意选一个点c，将点云圆心坐标集合{C}中与点c距离小于预设阈值s3的点云形成新的点云集合{C
′
}；
[0030]步骤3
‑
2：若点云集合{C
′
}中的点云个数＜预设阈值k4，则将点云圆心坐标集合{C}中的点c删除；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：获取目标空间网架的三维点云，按预设切片方向对三维点云进行切片，得到N个平行的切片平面，N≥2，将三维点云中距离最近的一个切片平面的距离小于预设阈值s1的点云投射到该切片平面上，从而得到每一个切片平面各自的点云集合；步骤2：在各个切片平面的点云集合中拟合出各自所有的拟合圆，拟合圆用于表征圆形内的点云可能为焊接球，圆周外的点云为非焊接球，拟合圆内的圆心坐标构成点云圆心坐标集合；步骤3：对点云圆心坐标集合中的圆心进行分类，得到表征焊接球的局部圆心点云集合；步骤4：根据局部圆心点云集合内的点云拟合球，拟合球的球心半径与坐标即为焊接球的球心半径与坐标，从而得到焊接球的球心半径与坐标。2.根据权利要求1所述的基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，所述步骤1中，每个切片平面的点云集合的点云个数相同或相异。3.根据权利要求1或2所述的基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，预设阈值s1根据相邻切片平面之间的距离确定，相邻切片平面之间的距离小于目标空间网架中待识别构件中的最小尺寸的a倍，0＜a＜1。4.根据权利要求1所述的基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现，包括如下步骤：步骤2
‑
1：在当前切片平面的点云集合P
n
中随机选取m1个点云，P
n
表示第n个切片平面的点云集合，将这m1个点云拟合出一个圆形，得到拟合圆，3≤m1≤m/2，依次遍历其他切片平面的点云集合，从而得到每一个切片平面对应的拟合圆；步骤2
‑
2：将点云集合P
n
中与拟合圆的距离小于预设阈值s2的点云放入集合P
n
′
，集合P
n
′
初始为空集，其中，点云与拟合圆的距离是指点云到拟合圆的圆周的最短距离，预设阈值s2根据用于扫描形成目标空间网架的三维点云的激光扫描仪的扫描精度确定，预设阈值s2表征了距离拟合圆的圆周小于s2内的点云都可能是构成焊接球的点云；步骤2
‑
3：若当前的拟合圆符合条件一，则保存当前拟合圆的半径、圆心坐标和点云集合P
n
′
，若当前的拟合圆不符合条件一，则重复步骤2
‑
1和步骤2
‑
2，直至达到最大搜索次数T1，条件一：拟合圆的拟合精度＞k2且拟合圆的半径＜k3且点云集合P
n
′
中的点云数量＞k1，k1、k2和k3均为预设阈值，k1、k2和k3的大小根据点云集合中的点云数据特征综合来确定；步骤2
‑
4：从点云集合P
n
中删除点云集合P
n
′
，得到剩余点云集合P
n
‑
P
n
′
，并在剩余点云集合P
n
‑
P
n
′
中重复步骤2
‑
1至步骤2
‑
3，直至找出所有满足条件一的拟合圆，依次对每一个切片平面的点云集合均按上述步骤处理，即可得到每一个切片平面上的符合条件一的拟合圆；步骤2
‑
5：将所有切片平面上满足条件一的拟合圆的圆心坐标存入点云圆心坐标集合{C}。5.根据权利要求4所述的基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，所述步骤2
‑
3中，k1取所属切片平面上圆周上点云的最大数量的1/4，k2表示拟合优度，取值大于
0.9且小于1，k3的取值为点云中实际球体的最大直径的1
‑
10倍。6.根据权利要求5所述的基于点云从空间网架中提取焊接球的方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现，包括如下步骤：步骤3
‑
1：在...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛凤山，应宗权，吕述晖，廖李灿，武坤鹏，李金祥，温友鹏，刘介山，
申请(专利权)人：中交第四航务工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：