1 引言
在復(fù)雜型面數(shù)字化檢測中，由于測量坐標(biāo)系與CAD模型設(shè)計坐標(biāo)系不歸一，在計算三維測量數(shù)據(jù)與CAD模型之間的差別之前必須首先矯正兩者在位置和方向上的差異，這個解決坐標(biāo)系差異的過程稱為配準(zhǔn)(registration)。配準(zhǔn)是數(shù)字化檢測系統(tǒng)的核心和難點理想，而配準(zhǔn)過程的預(yù)處理步驟直接影響后續(xù)配準(zhǔn)的精度和準(zhǔn)確度。在點云與CAD模型配準(zhǔn)過程中，大量學(xué)者關(guān)于具體的配準(zhǔn)步驟做了研究，而對于配準(zhǔn)的預(yù)處理步驟卻未予重點關(guān)注。本文對配準(zhǔn)預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究，提出三個預(yù)處理步驟：點云噪聲過濾，CAD模型點云化和數(shù)據(jù)重采樣。第二節(jié)對各步驟詳細(xì)解釋，在第三節(jié)采用實驗對提出理論進(jìn)行驗證，第四節(jié)給出了結(jié)論。
2 預(yù)處理過程
通過各種測量手段得到的點云數(shù)據(jù)，由于種種因素影響，會含有一定數(shù)量的噪聲點，在配準(zhǔn)前需要處理掉這些噪聲點；另外，測量得到的3D數(shù)據(jù)通常是點云格式，而由CAD系統(tǒng)生成的三維CAD模型不是。因此，本文提出一個將三維CAD模型轉(zhuǎn)換為點云格式的轉(zhuǎn)換過程；在點云降噪和CAD模型點云化步驟被執(zhí)行后，兩個數(shù)據(jù)集可能有不同的分辨率，存在于更密集數(shù)據(jù)集的點可能不存在于更稀疏采樣集，這可能導(dǎo)致配準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確性的降低，因為它很難使密集數(shù)據(jù)集的點從稀疏的數(shù)據(jù)集找到匹配點，因此，需要對兩個數(shù)據(jù)集進(jìn)行重采樣過程。本文提出的的預(yù)處理過程如下：
2.1 點云數(shù)據(jù)的降噪
在掃描獲得點云數(shù)據(jù)的過程中，受設(shè)備精度及外界環(huán)境還有工件表面質(zhì)量等因素的影響，獲得的點云數(shù)據(jù)難免會含有無關(guān)的噪聲點。這些點如不去除，將會影響點云數(shù)據(jù)后續(xù)操作的質(zhì)量。張量投票算法能夠區(qū)分在目標(biāo)對象的表面上的點和被孤立在表面外的點。這種區(qū)別是由一個顯著衰減函數(shù)通過檢查每個點之間的關(guān)系及其附近區(qū)域?qū)崿F(xiàn)。本文采用張量投票算法降低噪聲，它已被證明是一個強(qiáng)大的方法。
2.2 CAD模型點云化
目前，大多數(shù)用于創(chuàng)建實體模的CAD軟件允許用戶導(dǎo)出許多不同的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，如DWG，DXF，DGN，IGES，RVT或STL等。其中STL文件格式應(yīng)用廣泛，普遍應(yīng)用于各大CAD系統(tǒng)之間或CAD系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞。STL格式文件存儲了三角面片形式的模型的幾何信息，其存儲的每個三角面片信息包括構(gòu)成每個三角面片3個頂點的坐標(biāo)以及它所在平面的法矢向量和。在STL文件中， 目標(biāo)對象的每個表面是由表面上三個非共線的頂點的三維坐標(biāo)和曲面外法線的方向表示的。通過使用這三個頂點生成一組均勻間隔的3D點，CAD模型被表示成點云格式。為了把3D CAD模型表示為點云格式，本文選擇3D CAD模型用STL文件格式導(dǎo)出，這是一個開放的文件格式。
2.3 數(shù)據(jù)重采樣
在CAD模型點云化和點云噪聲過濾后，本文采用基于八叉樹數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣來獲得兩個數(shù)據(jù)集的一個通用的解決方案�；诎瞬鏄涞臄�(shù)據(jù)重采樣過程是四重的。首先， 包括所有的3D數(shù)據(jù)點的最小的邊界立方體變成一個根節(jié)點。然后這個立方體被分為8個子八分圓，有一個正規(guī)的2×2×2的形式。包含3D數(shù)據(jù)的子八分圓稱為一個內(nèi)部節(jié)點，而不包含3D數(shù)據(jù)的子八分圓稱為一個葉節(jié)點。一個葉節(jié)點不能進(jìn)一步細(xì)分，因為它不包含任何3D數(shù)據(jù)點。八分圓的內(nèi)部節(jié)點的多維數(shù)據(jù)集的長度短于一個預(yù)先指定的閾值時，內(nèi)部節(jié)點不再細(xì)分。最后，不能細(xì)分的子八分圓的多維數(shù)據(jù)集的中心位置的點被提取出來。其結(jié)果是中央點的集合具有均勻的分辨率。
3 試驗結(jié)果
為了驗證本文方法的有效性，以VC++6.0為平臺編程實現(xiàn)了上述方法， 并以實驗室的智慧女神頭像為例進(jìn)行了驗證。試驗中所用的測量點云是由ATOS光學(xué)掃描儀獲取的，其數(shù)據(jù)點數(shù)為52046。圖2所示為預(yù)處理后的點云數(shù)據(jù)和CAD模型。
4 結(jié)語
預(yù)處理過程作為配準(zhǔn)的前期工作，對最終配準(zhǔn)結(jié)果的好壞起著重要的作用。本文提出的配準(zhǔn)預(yù)處理方法，經(jīng)過實驗驗證了其合理性，為曲面配準(zhǔn)預(yù)處理的研究提供了一種新思路。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://m.vmgcyvh.cn/
本文標(biāo)題：點云與CAD模型配準(zhǔn)預(yù)處理技術(shù)的研究
本文網(wǎng)址：http://m.vmgcyvh.cn/html/solutions/14019315595.html
相關(guān)文章
