通用型二維點云分組方法
【專利摘要】通用型二維點云分組方法，屬于逆向工程【技術(shù)領(lǐng)域】。所述分組方法包括如下步驟：(1)將點云轉(zhuǎn)化為二值圖像；(2)將二值圖像進行細(xì)化；(3)將細(xì)化后的骨架連接成圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；(4)將圖進行調(diào)整；(5)在原始圖的基礎(chǔ)上按照曲率進行重新采樣，構(gòu)建新的圖；(6)對圖進行簡化，為圖每條邊賦值；(7)采用單源最短路徑算法，對整個圖進行分組，從而完成骨架的分組；(8)骨架分組完成后，采用膨脹方法找到骨架周圍的點云，完成點云的分組。本發(fā)明能處理形狀比較復(fù)雜的點云，運算速度比較快。
【專利說明】通用型二維點云分組方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于逆向工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種點云的分組方法。
【背景技術(shù)】
[0002]逆向工程技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和成熟以及數(shù)據(jù)測量技術(shù)的進步而迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科與技術(shù)，如今逆向工程技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過程能否方便、正確地進行。根據(jù)丈量點的數(shù)目，丈量數(shù)據(jù)可以分為一般數(shù)據(jù)點和海量數(shù)據(jù)點；根據(jù)丈量數(shù)據(jù)的規(guī)整性，丈量數(shù)據(jù)又可以分為散亂數(shù)據(jù)點和規(guī)矩數(shù)據(jù)點；不同的丈量系統(tǒng)所得到的丈量數(shù)據(jù)的格式是不一致的，且?guī)缀跛械恼闪糠绞胶驼闪肯到y(tǒng)都不可避免地存在誤差。因此，在利用丈量數(shù)據(jù)進行CAD重建前必須對丈量數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)處理工作主要包括:數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)化、多視點云的拼合、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡和點云分組等。點云是指二維空間的無序散亂點，這些點的來源可以是掃描物體表面得到的二維點云(逆向工程領(lǐng)域)，也可以是普通二值圖像中的像素點。點云的分組是一個關(guān)鍵的工作，他決定后續(xù)曲線擬合的準(zhǔn)確性。如何將相對復(fù)雜的點云完成分組是現(xiàn)在工程【技術(shù)領(lǐng)域】亟需解決的問題。這一問題的解決有很大的意義，通俗來說完成了點云的分組工作，可以更好的理解點云的結(jié)構(gòu)，可以通過擬合多條樣條曲線來清楚地表達(dá)點云的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然點云可以是通過掃描得到的有一定定結(jié)構(gòu)形狀的無序散亂點，也可以是其他形式的點云，如二值圖像上的黑色像素點，完成了二值圖像點云的分組可以應(yīng)用在簡筆畫、漢字的筆劃分組上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種通用型二維點云分組方法，該方法針對無序散亂點云進行分組，進一步的解決計算圖形學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典問題。
[0004]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種通用型二維點云分組方法，主要是通過提取點云的骨架，針對骨架進行分組，從而完成點云的分組工作，具體包括以下步驟:
[0006](I)將點云轉(zhuǎn)化為二值圖像；
[0007](2)將二值圖像進行細(xì)化，得到點云骨架；
[0008](3)將細(xì)化后的骨架連接成圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
[0009](4)將圖進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，去除腫點、刪除冗余、平滑路徑；
[0010](5)在原始圖的基礎(chǔ)上按照曲率進行重新采樣，構(gòu)建新的圖；
[0011](6)對構(gòu)建的新圖進行簡化，為圖的每條邊賦值；
[0012](7)采用單源最短路徑算法，對整個圖進行分組，從而完成骨架的分組；
[0013](8)骨架分組完成后，采用膨脹方法找到骨架周圍的點云，完成點云的分組。
[0014]傳統(tǒng)的一些方法只能處理比較簡單的點云，對于自交叉的、彎曲程度變化復(fù)雜的不能處理。本發(fā)明相比傳統(tǒng)方法，能處理形狀比較復(fù)雜的點云，運算速度比較快?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0015]圖1是通用型二維點云分組方法的流程圖；
[0016]圖2是初始的點云；
[0017]圖3是勢能圖像；
[0018]圖4是二值圖像；
[0019]圖5是骨架圖像；
[0020]圖6是大量樣本的回歸分析圖；鋸
[0021]圖7是三角化結(jié)果；
[0022]圖8是二值化結(jié)果；
[0023]圖9是畸變區(qū)域的圖結(jié)構(gòu)；
[0024]圖10是修正之后的圖；
[0025]圖11是細(xì)化之后存在尖角；
[0026]圖12是去除尖角之后；
[0027]圖13是簡化之后的圖；
[0028]圖14是原始骨架；
[0029]圖15是平滑和構(gòu)建新圖的流程圖；
[0030]圖16是給圖上的邊賦權(quán)值；
[0031]圖17是分組好的骨架；
[0032]圖18是分組好的區(qū)域；
[0033]圖19是分組好的點云；
[0034]圖20是分別擬合曲線；
[0035]圖21是混亂自交叉點云分組；
[0036]圖22是多曲率變化點云分組；
[0037]圖23是簡筆畫分組。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限如此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明提出了一種全新的點云分組方法，具體流程如下:
[0040]1、通過勢能函數(shù)構(gòu)造點云骨架
[0041]圖2是輸入的點云，圖3是通過勢能函數(shù)構(gòu)造的灰度圖。構(gòu)造勢能函數(shù)的原理是根據(jù)高斯正態(tài)分布衍生的。點云分布越是密集的地方高斯勢能值就越大，越是稀疏的地方高斯勢能值就越小。根據(jù)高斯正太分布，一個點對一個坐標(biāo)的影響大小首先取決于這兩者的距離，距離越遠(yuǎn)，影響越小，距離越近，影響越大。其次，根據(jù)公式(I)，勢能函數(shù)影響值也取決于方差σ，方差σ越小，點云對周圍位置的影響就越集中，σ越大坐標(biāo)受周圍點云影響的范圍就越是分散。構(gòu)造完成勢能函數(shù)圖像(灰度圖像)之后，對灰度圖像進行一個簡單的閾值分割，設(shè)定分割的閾值為λ，利用圖像閾值分割法得到的二值圖像如圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.通用型二維點云分組方法，其特征在于所述分組方法包括如下步驟: (1)將點云轉(zhuǎn)化為二值圖像； (2)將二值圖像進行細(xì)化，得到點云骨架； (3)將細(xì)化后的骨架連接成圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； (4)將圖進行調(diào)整； (5)在原始圖的基礎(chǔ)上按照曲率進行重新采樣，構(gòu)建新的圖； (6)對圖進行簡化，為圖每條邊賦值； (7)采用單源最短路徑算法，對整個圖進行分組，從而完成骨架的分組； (8)骨架分組完成后，采用膨脹方法找到骨架周圍的點云，完成點云的分組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于通過勢能函數(shù)或Delaunay三角化方法構(gòu)造點云骨架。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于所述步驟(3)中，將細(xì)化后的骨架連接成圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的具體方法如下:先連橫豎位置的像素點，如果一個方向上橫豎位置都沒有可以連接的像素點，再連接斜角上的像素點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于所述調(diào)整方法為去除腫點、刪除冗余和平滑路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于采用擬合的方法進行路徑平滑，具體步驟如下:首先抽取每一個路徑上的節(jié)點序列，然后將節(jié)點序列進行膨脹，在這個節(jié)點序列上選取控制點；然后用SDM方法進行擬合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于所述控制點的選取步長依據(jù)曲率進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通用型二維點云分組方法，其特征在于所述擬合的次數(shù)控制在1-2次。
【文檔編號】G06T5/00GK103761744SQ201410060033
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】伯彭波, 駱功寧, 王寬全, 夏勇, 張盛平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)