基于三维点云的特征面构建方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间信息技术领域，尤其涉及一种基于三维点云的特征面构建方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 三维点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集 合。通常由三维激光扫描仪或影像采集设备获取得到，一般包含点云的三维坐标和其它物 理特征。三维散乱点云不受物体表面连续性约束，也不需要维护各点之间的拓扑关系，极大 简化了实体表示方法，表现出极大的灵活性和广泛性。随着仪器设备的发展、三维数据获取 精度和效率不断提高，出现了越来越大规模的复杂三维点云数据。
[0003] 现有的基于三维点云的特征面构建方法主要有两种，第一种是将目标物体的海量 三维点云数据抽稀后，进行网格模型处理，进而生成物体的矢量化三维模型并得到目标物 体特征点线面，这种方法效率较低且三维点云数据抽稀过程中易损失点位信息；第二种是 采用复杂的三维坐标转换方法，如罗德里格矩阵等，将原有的三维点云数据全部转换到特 定坐标系下，以便于对特征面的点云数据进行提取，此种方法实施起来较为复杂，且一般针 对特定轴线或边界位置的特征面进行提取，适用范围窄。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于三维点云的特征面构建方法及装 置，实现了作业效率高、通用性好的特征面构建，满足了使用要求。
[0005] 本发明实施例提供一种基于三维点云的特征面构建方法，包括如下步骤：
[0006] 采集目标物体的三维点云数据；
[0007] 确定所述目标物体的待构建的特征面所在的平面；
[0008] 分别计算所述三维点云数据中的每个点到所述平面的距离；
[0009] 获取所述三维点云数据中到所述平面的距离小于预设的阈值的所有点；
[0010] 获取所述所有点在所述平面上的所有投影点；
[0011] 根据所述所有投影点构建所述待构建的特征面。
[0012] 作为上述方案的改进，在所述采集目标物体的三维点云数据之后，在所述确定所 述目标物体的待构建的特征面所在的平面之前，还包括：
[0013] 对所述三维点云数据进行预处理，并将所述三维点云数据转换到同一空间直角 坐标系中。
[0014] 作为上述方案的改进，所述确定所述目标物体的待构建的特征面所在的平面，具 体包括：
[0015] 通过获取所述三维点云数据中指定的不共线的三个点确定所述目标物体的待构 建的特征面所在的平面。
[0016] 作为上述方案的改进，所述确定所述目标物体的待构建的特征面所在的平面，具 体包括：
[0017] 获取所述三维点云数据中指定的不共线的三个点的坐标，分别SP1 O^yDZ1), f*2 (X2, 5? Z2)和 (X3, y"3，Z3);
[0018] 根据所述不共线的三个点计算所述待构建的特征面所在的平面，所述平面的方程 为：ax+by+cz+d = 0,其中，a = (Yfy1) (Z3-Z1)-(Y3-Y1) (Z2-Z1)A = (Z2-Z1) (X3-X1)-(Z3-Z1) (X2-X1)，c = (X2-X1) (Y3I1)-(X3-X1) (Y2I1)，d = -axfbyfcz! 〇
[0019] 作为上述方案的改进，通过以下公式分别计算所述三维点云数据中的每个点到所 述平面的距离I1Q = 1，2,......η):
[0021] 其中，η为所述三维点云数据的点的总数，P1O^y11Z 1)为所述三维点云数据中的 任意一点坐标。
[0022] 作为上述方案的改进，通过以下步骤获取所述所有点在所述平面上的所有投影 占.
[0023] 计算所述所有点Pi (Xi, y;，Zi) (i = 1，2,......m)到所述平面的投影参数h (i = 1,2,......m)，其中，m为所述所有点的总数，
[0024] 通过所述投影参数计算所述所有点P1O^y1, Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面 的投影点 Qi (Xtji, yoi, zQi) (i = 1，2,......m)的坐标，其中，xQi= x「ati，yQi= y ^btpZtji = Zi-CtiO
[0025] 本发明实施例还提供一种基于三维点云的特征面构建装置，包括：
[0026] 采集模块，用于采集目标物体的三维点云数据；
[0027] 平面确定模块，用于确定所述目标物体的待构建的特征面所在的平面；
[0028] 距离计算模块，用于分别计算所述三维点云数据中的每个点到所述平面的距离；
[0029] 第一获取模块，用于获取所述三维点云数据中到所述平面的距离小于预设的阈值 的所有点；
[0030] 第二获取模块，用于获取所述所有点在所述平面上的所有投影点；
[0031] 特征面构建模块，用于根据所述所有投影点构建所述待构建的特征面。
[0032] 作为上述方案的改进，所述基于三维点云的特征面构建装置还包括：
[0033] 预处理模块，用于对所述三维点云数据进行预处理，并将所述三维点云数据转换 到同一空间直角坐标系中。
[0034] 作为上述方案的改进，所述平面确定模块，具体包括：
[0035]点获取模块，用于获取所述三维点云数据中指定的不共线的三个点的坐标，分别 为 P1 (X1, y!，Z1)，P2 (x2, y2, Z2)和 P3 (x3, y3, Z3);
[0036] 平面计算模块，用于根据所述不共线的三个点计算所述待构建的断面所在的平 面，所述平面的方程为 ax+by+cz+d = 0,其中，a = (Y2I1) (Z3-Z1)-(Y3I1) (Z2-Z1)，b = (Z2-Z1) (X3-X1)-(Z3-Z1) (X2-X1)，c = (X2-X1) (Yfy1)-(X3-X1) (Y2-Y1)，d = -axfbyfCZp
[0037] 作为上述方案的改进，所述第二获取模块，具体包括：
[0038] 第一计算模块，用于计算所述所有点P1 (Xl，yi，Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面 LlN 丄UO丄(654800 Λ 、" ^ 0/丄U JA 的投影参数tji = 1，2,......m)，其中，m为所述所有点的总数，
[0039] 第二计算模块，用于通过所述投影参数计算所述所有点P1O^y1, Z1) (i = 1, 2,......m)到所述平面的投影点Qi(xQi, yQi, zQi) (i = 1, 2,......m)的坐标，其中，xQi = Xj-Sti, Ygi - Y ^bti, Zgi - Z i-Cti ο
[0040] 本发明实施例提供的基于三维点云的特征面构建方法及装置，通过对目标物体的 三维点云数据进行处理与筛选，获取所述三维点云数据中到待构建的特征面所在的平面的 距离小于预设的阈值的所有点，然后，获取所述所有点在所述平面上的所有投影点，最后， 根据所述所有投影点构建待构建的特征面。此方法简明便捷，实现了作业效率高，通用性好 的特征面构建。
【附图说明】
[0041] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042] 图1是本发明实施例提供的基于三维点云的特征面构建方法的流程示意图。
[0043] 图2是本发明实施例提供的由不共线的三点计算平面方程的原理示意图。
[0044] 图3是本发明实施例提供的平面外一点在平面的投影点的示意图。
[0045] 图4是本发明实施例提供的基于三维点云的特征面构建装置的结构示意图。
[0046] 图5是图4所示的平面确定模块的结构示意图。
[0047] 图6是图4所示的第二获取模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0048] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049] 本发明实施例提供一种基于三维点云的特征面构建方法及装置，实现了作业效率 高、通用性好的特征面构建。下面分别进行详细的描述。