一種三維點云數(shù)據(jù)的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于三維點云數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維點云數(shù)據(jù)的精簡 處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計算機(jī)視覺、光學(xué)領(lǐng)域等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，逆向工程的發(fā)展也越發(fā)迅速。目 前，在逆向工程中，數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要分為接觸式采集方式與非接觸式采集方式兩大類，采 集得到的點云主要有掃描線式點云數(shù)據(jù)、陣列式點云數(shù)據(jù)、三角網(wǎng)格式點云數(shù)據(jù)以及散亂 點云數(shù)據(jù)四類。由于采集得到的點云密度一般比較大，所以為了節(jié)省存儲空間以及縮短后 續(xù)重建的時間，對得到的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡尤為必要。
[0003] 近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者都對點云精簡進(jìn)行過研宄，方法也有很多。對于三維點云 進(jìn)行精簡，主要可以劃分為兩大類，第一類就是利用拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行精簡，比如利用包圍盒進(jìn) 行精簡；第二類是根據(jù)不同的方式尋找代表點來進(jìn)行點云精簡，例如：基于曲率的精簡方 法、基于法向量的精簡方法等。但是目前的這些方法都有一定的缺點，如包圍盒法進(jìn)行點云 精簡時對所有數(shù)據(jù)一視同仁，這樣對特征的保留就不明顯；曲率精簡法對特征的保留很好， 但是對于曲面上的點，由于計算出的曲率值大小變化不大，所以會當(dāng)成是非特征點而進(jìn)行 大幅度的精簡，這樣會導(dǎo)致最后重建的效果不好；還有一些方法雖然可以較好地保留特征 信息，但計算量增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有對三維點云進(jìn)行精簡的方法存在的三維物體表面特征 保留不好、重建的效果不好和計算量大的技術(shù)問題，提供一種三維點云數(shù)據(jù)的處理方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種三維點云數(shù)據(jù)的處理方法，包括以下步驟：
[0007] 1)將三維物體放置在旋轉(zhuǎn)平臺上，利用Kinect相機(jī)同時采集三維物體在多個視 角下的彩色圖像與深度圖信息，并由深度圖信息得到三維物體在多個視角下的三維點云數(shù) 據(jù)；
[0008] 2)將多個視角下的三維點云數(shù)據(jù)利用配準(zhǔn)算法得到三維物體整體的三維點云數(shù) 據(jù)；
[0009] 3)將彩色圖像進(jìn)行灰度化處理得到灰度圖像，將灰度圖像的每個像素點的灰度值 記為gi;
[0010] 4)進(jìn)行坐標(biāo)系變換：首先將灰度圖像像素坐標(biāo)系對應(yīng)到彩色圖像像素坐標(biāo)系，并 按照以下轉(zhuǎn)換方式將彩色圖像像素坐標(biāo)系變換至深度圖像像素坐標(biāo)系：彩色圖像像素坐標(biāo) 系一彩色圖像物理坐標(biāo)系一彩色圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系一世界坐標(biāo)系一深度圖像攝像機(jī)坐標(biāo) 系一深度圖像物理坐標(biāo)系一深度圖像像素坐標(biāo)系，最后將深度圖像像素坐標(biāo)系對應(yīng)到整體 的三維點云數(shù)據(jù)中；
[0011] 5)對步驟2)中得到的整體的三維點云數(shù)據(jù)利用八叉樹的方法進(jìn)行拓?fù)鋭澐?，?進(jìn)行八叉樹拓?fù)鋭澐种?，對每一個子立方體進(jìn)行編碼，編碼為Q，編碼Q是每一個子立方 體的唯一編碼，將編碼Q對應(yīng)子立方體中的三維點記Sai，其中iG{〇，…，k}，k為該子 立方體中三維點的個數(shù)；
[0012] 6)計算每一個子立方體中的三維點％的平均距離丨，比較三維點％的平均距離Z 的大小，將最小的平均距離丨所對應(yīng)的三維點記為％，接著將三維點％所對應(yīng)的灰度值81與 三維點a(l所對應(yīng)的灰度值g^進(jìn)行比較，獲得灰度值g1與灰度值g^差的絕對值，該絕對值記 為e，通過比較絕對值e與給定閾值的大小，來判斷該處灰度值變換是否明顯，特征信息是 否充足，并根據(jù)灰度圖像像素坐標(biāo)系與三維點云數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系設(shè)定相應(yīng)的精簡率；若絕 對值e小于給定閾值，則認(rèn)為該處灰度值變換不明顯，特征信息不足，并根據(jù)灰度圖像像素 坐標(biāo)系與三維點云數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系設(shè)定較大的精簡率；反之，若絕對值e大于給定閾值，則 認(rèn)為該處灰度值變換明顯，特征信息較多，并根據(jù)灰度圖像像素坐標(biāo)系與三維點云數(shù)據(jù)的 對應(yīng)關(guān)系設(shè)定較小的精簡率。
[0013] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，利用采集點云數(shù)據(jù)時Kinect相機(jī)同步得到的彩色圖 像中的信息對三維點云進(jìn)行精簡，該方法將彩色圖與點云結(jié)合起來進(jìn)行精簡，能夠避免采 集及精簡過程造成的物體表面一些曲率沒有顯著變化但卻是特征信息的點云數(shù)據(jù)的丟失； 可以根據(jù)物體本身的灰度信息設(shè)定相應(yīng)的精簡率進(jìn)行精簡；也可以根據(jù)主觀因素保留自己 認(rèn)為比較重要的特征點，選擇性的精簡點云。因此，與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明具有能夠很好 的保留三維物體表面特征并且具有良好的三維重建效果和計算量小的優(yōu)點。
[0014] 為表明本發(fā)明具有以上優(yōu)點，對同一三維物體整體點云數(shù)據(jù)采用曲率精簡法、格 柵法以及本發(fā)明所述處理方法進(jìn)行了對比，對比結(jié)果見表1。
[0015] 表1三種算法精簡結(jié)果對比[00161
【主權(quán)項】
1. 一種三維點云數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于：包括以下步驟： 1) 將三維物體放置在旋轉(zhuǎn)平臺上，利用Kinect相機(jī)同時采集三維物體在多個視角下 的彩色圖像與深度圖信息，并由深度圖信息得到三維物體在多個視角下的三維點云數(shù)據(jù)； 2) 將多個視角下的三維點云數(shù)據(jù)利用配準(zhǔn)算法得到三維物體整體的三維點云數(shù)據(jù)； 3) 將彩色圖像進(jìn)行灰度化處理得到灰度圖像，將灰度圖像的每個像素點的灰度值記為 Si； 4) 進(jìn)行坐標(biāo)系變換：首先將灰度圖像像素坐標(biāo)系對應(yīng)到彩色圖像像素坐標(biāo)系，并按照 以下轉(zhuǎn)換方式將彩色圖像像素坐標(biāo)系變換至深度圖像像素坐標(biāo)系：彩色圖像像素坐標(biāo)系一 彩色圖像物理坐標(biāo)系一彩色圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系一世界坐標(biāo)系一深度圖像攝像機(jī)坐標(biāo)系一 深度圖像物理坐標(biāo)系一深度圖像像素坐標(biāo)系，最后將深度圖像像素坐標(biāo)系對應(yīng)到整體的三 維點云數(shù)據(jù)中； 5) 對步驟2)中得到的整體的三維點云數(shù)據(jù)利用八叉樹的方法進(jìn)行拓?fù)鋭澐?，在進(jìn)行 八叉樹拓?fù)鋭澐种?，對每一個子立方體進(jìn)行編碼，編碼為Q，編碼Q是每一個子立方體的 唯一編碼，將編碼Q對應(yīng)子立方體中的三維點記Sai，其中iG{〇，…，k}，k為該子立方 體中三維點的個數(shù)； 6) 計算每一個子立方體中的三維點的平均距離『，比較三維點&1的平均距離『的大 小，將最小的平均距離〖所對應(yīng)的三維點記為a。，接著將三維點所對應(yīng)的灰度值gi與三 維點a。所對應(yīng)的灰度值g^進(jìn)行比較，獲得灰度值g1與灰度值g^差的絕對值，該絕對值記 為e，通過比較絕對值e與給定閾值的大小，來判斷該處灰度值變換是否明顯，特征信息是 否充足，并根據(jù)灰度圖像像素坐標(biāo)系與三維點云數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系設(shè)定相應(yīng)的精簡率。
【專利摘要】本發(fā)明屬于三維點云數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三維點云數(shù)據(jù)的精簡處理方法。本發(fā)明主要解決了現(xiàn)有對三維點云進(jìn)行精簡的方法存在的三維物體表面特征保留不好、重建的效果不好和計算量大的技術(shù)問題。本發(fā)明利用采集點云數(shù)據(jù)時Kinect相機(jī)同步得到的彩色圖像中的信息對三維點云進(jìn)行精簡，該方法將彩色圖與點云結(jié)合起來進(jìn)行精簡，能夠避免采集及精簡過程造成的物體表面一些曲率沒有顯著變化但卻是特征信息的點云數(shù)據(jù)的丟失；可以根據(jù)物體本身的灰度信息設(shè)定相應(yīng)的精簡率進(jìn)行精簡；也可以根據(jù)主觀因素保留自己認(rèn)為比較重要的特征點，選擇性的精簡點云。本發(fā)明具有能夠很好的保留三維物體表面特征并且具有良好的三維重建效果和計算量小的優(yōu)點。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104778691
【申請?zhí)枴緾N201510160208
【發(fā)明人】況立群, 姚亞盼, 韓燮, 于雅慧
【申請人】中北大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月7日