一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112150606A(43)申请公布日2020.12.29(21)申请号202010859916.8(22)申请日2020.08.24(71)申请人上海大学地址200444上海市宝山区上大路99号(72)发明人田应仲喻永前薛松(74)专利代理机构上海上大专利事务所(普通合伙)31205代理人何文欣(51)Int.Cl.G06T17/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法(57)摘要本发明公开了一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法。其操作步骤是：通过设定的旋转扫描平台获取螺纹点云数据，对点云数据进行数据空白点及异常点剔除；采用点云曲率与harris3D结合方法的提取螺纹牙顶及牙底部分特征点云作为保留点云，对非特征点云进行降采样简化，采用不同的半径阈值的点云局部拟合法进行向量估计，并进行法向量方向判定最终进行泊松重建。本发明实现了对螺纹点云数据的三维模型的构建，针对螺纹牙顶与牙底特征位置提供充足的点云数据，保证三角化网格数量足够多，减小重构误差。为螺纹类点云的数字化测量与检测提供参考依据。CN112150606ACN112150606A权利要求书1/2页1.一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，原始点云采集：通过搭建旋转测量平台与激光扫描仪相结合的方式完成螺纹点云的完整扫描输入；步骤2，数据空白点剔除：点云输入后，通过对点云数据进行空白点及异常点的剔除；步骤3，特征点提取：针对螺纹点云牙顶部分与牙底部分，采用曲率提取与harris3D相结合的方式，进行特征提取；步骤4，基于特征保留的点云简化方法：在特征点云提取后，在剩余部分进行降采样滤波，将采样后点云与特征提取后点云进行结合作为下一步骤的输入，在保证采样点满足重建条件的前提下，从而减小重建算法的计算量,大大提高了重建的速度；步骤5，点云法向估计以及一致性判定：基于步骤4的输入点云采用不同的半径阈值的点云局部拟合法进行向量估计，在得出每个点云的法向量之后，进行法向量的方向判定，给定方向为正方向，每对相邻点云求解法向量夹角，若夹角为锐角则方向不变，若为钝角，则将后一向量进行反向；将最终结果与步骤4点云进行结合生成新的有向点云集；步骤6，泊松重建：基于步骤5的输入点云及进行隐函数方法的泊松重建。2.根据权利要求1所述基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，其特征在于：所述步骤1中的采集方式为用于旋转平台和激光扫描仪集合的方式采集，扫描仪支架是位于基于电机驱动的可匀速转动的圆轨平台，旋转中心上放置待扫描的直立螺纹，扫描仪从某个位置及角度开始扫描，在扫描仪扫描的同时记录三维点云信息，扫描仪绕中心旋转360°后，完成螺纹外圈一周的扫描，以此获得螺纹的三维空间坐标数据。3.根据权利要求1所述基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，其特征在于：所述步骤步骤3中的点云特征点提取，采用曲率提取与harris3D相结合的方式进行螺纹点云牙顶与牙底部分提取，由此提取到螺纹表面坡度敏感位置的点云，为曲率变化较大的位置提供充足的点云数据，保证三角化网格数量足够多，减小重构误差。4.根据权利要求1所述基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，其特征在于：所述步骤步骤4中基于特征保留的点云简化方法，对于非特征部分点云，采用降采样滤波的方式，通过设置一定的阈值，在满足重构要求的条件下，最大限度的减少点云数量，并将采样后的点云与步骤3中提取的特征点结合，与原始点云相比，在不损失整体形貌的同时，细节特征部分也得到加强，降低重构过程中的数据运算量并提高运算速率。5.根据权利要求1所述基于点云数据的螺纹表面三维重构方法，其特征在于：所述步骤步骤5进行点云法向估计以及一致性判定，三维点云数据在泊松重构过程中点云的法向量对重构结果影响很大，根据不同位置处的点云密度不同，在使用局部拟合求解法向量过程中，采用不同的半径阈值，计算全局点云密度和点局部密度，若局部密度大于全局密度，则选取更小的半径阈值，若局部密度小于于全局密度，则选取较大的半径阈值，实现特征增强的细致化向量求解，在得出每个点云的法向量之后，进行法向量的方向判定，给定方向为正2CN112150606A权利要求书2/2页方向，每对相邻点云求解法向量夹角，若夹角为锐角则方向不变，若为钝角，则将后一向量进行反向；将最终结果与步骤4点云进行结合生成新的有向点云集。3CN112150606A说明书1/5页一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法技术领域[0001]本发明属于三维重构技术领域，具体涉及一种基于点云数据的螺纹表面三维重构方法。背景技术[0002]螺纹点云的高速高精度三维重建，对于螺纹形貌复原、缺陷检