三維掃描數(shù)據(jù)的自適應(yīng)底面消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于書法拓印領(lǐng)域，更具體設(shè)及一種Ξ維掃描數(shù)據(jù)的自適應(yīng)底面消除方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] Ξ維掃描可W應(yīng)用到許多領(lǐng)域，例如制造業(yè)、逆向工程、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)等。Ξ維掃 描儀器按原理不同分為不同類別，但采集的都是點(diǎn)云數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有技術(shù)中，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理均 在Ξ維空間中進(jìn)行，處理方法基本分為兩類：
[0003] 1、先利用專業(yè)軟件將點(diǎn)云重構(gòu)為曲面模型，再導(dǎo)入到建模正向處理軟件中進(jìn)行模 型編輯。
[0004] 2、根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)行為特征，利用逆向工程類軟件重構(gòu)為曲面，切換點(diǎn)云數(shù)據(jù)和曲 面進(jìn)行編輯。
[0005] 第一種處理方法被廣泛應(yīng)用于文化產(chǎn)業(yè)，第二種處理方法被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng) 域。由于Ξ維掃描在工業(yè)制造逆向工程領(lǐng)域起步較早，因此第二種處理方法中逆向工程類 軟件對點(diǎn)云處理通常具備較強(qiáng)的曲面重構(gòu)處理能力，常用的逆向軟件有Imageware、 Geomagic S化dio、RapidFo;rm等?，F(xiàn)有技術(shù)中的兩種處理方法在編輯之前，需要從專業(yè)軟件 中先進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡，再轉(zhuǎn)為面繪制模型，運(yùn)就有可能丟失了對處理結(jié)果至關(guān)重要的細(xì)節(jié)信 息，W致后期的模型結(jié)果失真。
[0006] W對鐘碑文的掃描為例，在進(jìn)行鐘碑刻掃描數(shù)據(jù)的去底面處理時，需要根據(jù)W下 幾個步驟進(jìn)行處理：
[0007] 【步驟一】在逆向軟件中打開掃描數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)調(diào)整至底面與操作平面呈垂直 狀態(tài)。
[0008] 【步驟二】利用點(diǎn)云選擇工具，選擇底面點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除操作。
[0009] 【步驟Ξ】將剩余的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為Ob j或其他通用面繪制通用格式導(dǎo)出。
[0010] 【步驟四】將面繪制模型導(dǎo)入建模軟件中，對剩余沒有切割徹底的模型面片進(jìn)行二 次篩選刪除。
[0011] 上述方法在處理鐘碑刻掃描數(shù)據(jù)時，運(yùn)用現(xiàn)有的工具對鐘碑刻掃描數(shù)據(jù)去除底面 的工作中，需要降低點(diǎn)云的數(shù)據(jù)量進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，W滿足不同的處理軟件對原始數(shù)據(jù)的要 求，在此過程中不但增加了大量處理時間W及冗余的數(shù)據(jù)信息，而且丟失了對處理結(jié)果至 關(guān)重要的細(xì)節(jié)信息，W致后期的模型結(jié)果失真。
[0012] 另外，現(xiàn)有技術(shù)中在去底面的工作中，需要操作者對精簡數(shù)據(jù)后的模型數(shù)據(jù)在主 觀意識下進(jìn)行編輯，運(yùn)要求操作者具備一定的經(jīng)驗(yàn)和Ξ維軟件的操作技能，導(dǎo)致每個人的 處理結(jié)果是不一樣的，不能完全復(fù)現(xiàn)鐘碑刻的表面文字雕飾信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何自動分離Ξ維掃描數(shù)據(jù)中底面背景部分的數(shù)據(jù)， 從而獲得拓印基準(zhǔn)面上的數(shù)據(jù)，同時不會由于精簡數(shù)據(jù)造成信息丟失。
[0014] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種Ξ維掃描數(shù)據(jù)的自適應(yīng)底面消除方 法，所述方法包括W下步驟：
[0015] S1、將Ξ維掃描數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換投影到近似投影平面上；
[0016] S2、根據(jù)所述近似投影平面上的數(shù)據(jù)形成按矩陣形式排列的數(shù)據(jù)；
[0017] 將所述數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分，并為每一個分區(qū)數(shù)據(jù)建立局部坐標(biāo)系，將每個分區(qū)的 數(shù)據(jù)在對應(yīng)的局部坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
[0018] S3、針對每一個分區(qū)，利用差值參量，根據(jù)其局部坐標(biāo)系中每個數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值計(jì)算 在拓印基準(zhǔn)面上對應(yīng)的坐標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)將所述步驟S2處理得到的數(shù)據(jù)投影到拓印基準(zhǔn)面，完 成數(shù)據(jù)分割；
[0019] S4、對所述步驟S3處理得到的所述拓印基準(zhǔn)面上的數(shù)據(jù)投影到平面上，之后進(jìn)行 去噪。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟S4還包括W下步驟:遍歷投影深度參量進(jìn)行反低通濾波，其中所 述投影深度為對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的深度信息。
[0021] 優(yōu)選地，所述步驟S1中利用如下公式將Ξ維掃描數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換投影到所述近 似投影平面上：
[0022]
[0023]式中，（x，y，z)T為所述Ξ維掃描數(shù)據(jù)中一個元素的坐標(biāo)，（χ/，/，ζ/)τ為所述近似 投影平面上對應(yīng)元素的坐標(biāo)，
[002引a、b、c為所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的單位坐標(biāo)矢量，（xo，yo，zo)為原點(diǎn)；
[00巧]所述近似投影平面為：
[0030] cix+C2y+c：3Z = 0。
[0031 ]優(yōu)選地，所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的單位坐標(biāo)矢量C的計(jì)算方法如下：
[0032] 計(jì)算所述Ξ維掃描數(shù)據(jù)到所述近似投影平面的距離平方和；
[0033] 建立對該距離平方和進(jìn)行最小二乘法擬合的公式，并利用高斯消元法求解公式得 到坐標(biāo)矢量C。
[0034] 優(yōu)選地，所述步驟SI之前還包括W下步驟：
[0035] 利用Ξ維掃描儀按照預(yù)定行數(shù)和預(yù)定列數(shù)進(jìn)行掃描得到所述Ξ維掃描數(shù)據(jù)。
[0036] 優(yōu)選地，所述步驟S2中形成按矩陣形式排列的數(shù)據(jù)包括W下步驟：
[0037] S21、在所述近似投影平面上的數(shù)據(jù)中找到最下面的掃描點(diǎn)、最上面的掃描點(diǎn)、最 左面的掃描點(diǎn)W及最右面的掃描點(diǎn)，并W四個掃描點(diǎn)作為頂點(diǎn)形成四邊形；
[0038] S22、W所述四邊形的底邊作為一條邊，W最上面的掃描點(diǎn)和最右面的掃描點(diǎn)作為 頂點(diǎn)形成一個矩形；
[0039] S23、利用所述矩形對對應(yīng)的所述近似投影平面上的數(shù)據(jù)進(jìn)行剪裁，去掉所述矩形 之外的數(shù)據(jù).
[0040] S24、計(jì)算所述步驟S23得到的數(shù)據(jù)的寬度和高度;其中所述寬度為所述矩形內(nèi)數(shù) 據(jù)的列數(shù)，所述高度為所述矩形內(nèi)數(shù)據(jù)的行數(shù)；
[0041] S25、對于所述矩形內(nèi)每一個數(shù)據(jù)，根據(jù)其Ξ維坐標(biāo)確定其在所述按矩陣形式排列 的數(shù)據(jù)中的行和列，并建立其深度信息與其在所述按矩陣形式排列的數(shù)據(jù)中位置的英映射 關(guān)系。
[0042] 優(yōu)選地，所述步驟S25中，對于所述矩形內(nèi)每一個數(shù)據(jù)，其在所述按矩陣形式排列 的數(shù)據(jù)中的行、列W及所述映射關(guān)系利用下面公式計(jì)算：
[0047]式中，i表示行，j表示列，D(i，j) = zm為所述映射關(guān)系，m為所述矩形內(nèi)數(shù)據(jù)總個 數(shù)，（Xm，ym，Zm)為數(shù)據(jù)在所述近似投影平面上的位置坐標(biāo)。
[004引優(yōu)選地，所述步驟S23還包括確定列數(shù)的子步驟，具體為：
[0049] 對于所述矩形內(nèi)數(shù)據(jù)中兩個相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算其在X方向上的距離是否大于列 距離闊值，若是則所述兩個相鄰的數(shù)據(jù)點(diǎn)為兩列。
[0050] 優(yōu)選地，所述步驟S25之還包括去除所述圖像矩陣中空缺點(diǎn)步驟：
[0051] W所述空缺點(diǎn)為中屯、，計(jì)算其周邊多個數(shù)據(jù)點(diǎn)的深度值，并W計(jì)算得到的多個深 度值的平均值作為所述空缺點(diǎn)的深度值。
[0052] 優(yōu)選地，所述步驟S2中所述局部坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸為：
[0055] 式中，W為所述矩形的寬，h為所述矩形的高，（^，71)、（^，72)、（^，73)、（^，74)為所 述矩形的四個頂點(diǎn)
[0056] 所述局部坐標(biāo)系的變量為：
[0062]優(yōu)選地，所述步驟S3中，利用下面公式計(jì)算局部坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)在所述拓印基準(zhǔn)面 上的坐標(biāo)：
[0066] 式中，（Xk，Yk，Zk)化=〇: 8}為所述插值參量，A (#，/?)為Ξ維掃描數(shù)據(jù)在對應(yīng)局部 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。
[0067] 優(yōu)選地，所述插值參量的計(jì)算包括W下步驟：
[0068] 計(jì)算局部坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)到所述拓印基準(zhǔn)面的距離平方和；
[0069] 利用最小二乘法，按照所述差值參量使所述平方和最小計(jì)算得到所述插值參量。
[0070] 本發(fā)明提供了一種Ξ維掃描數(shù)據(jù)的自適應(yīng)底面消除方法，本發(fā)明的方法在不降低 原始Ξ維數(shù)據(jù)精度的前提下，對全局的Ξ維數(shù)據(jù)在不轉(zhuǎn)化為面繪制模型數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上直接 進(jìn)行處理。并且在處理過程方面，避免了多余的人工參與對數(shù)據(jù)的干擾，降低操作者在Ξ維 模型編輯處理方面的準(zhǔn)備知識。同時本發(fā)明的方法可W在短時間內(nèi)去