CN101067810A - 点云格式解析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种点云格式解析系统，该系统包括应用服务器及数据库，所述数据库用于储存点云文件，所述应用服务器包括：点云文件接收模块，用于从数据库接收点云文件；判断模块，用于判断点云文件的格式；格式解析模块，用于根据点云文件的格式解析点云文件以查找点云信息；及点云对象模型建立模块，用于创建点云对象类、将所述点云信息存储至点云对象类的相应存储数组，并根据点云对象类所存储的的点云信息建立点云对象模型。利用本发明，可对不同格式的点云文件进行解析，获取扫描物件的点云信息，建立点云对象模型，方便用户对点云进行检测。

Description

点云格式解析系统及方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助检测系统及方法，尤其是关于一种点云格式解析系统及方法。
背景技术
为了提高和保证产品质量，或是研究市场上出现的新产品以辅助生产制造流程，企业常常需要对一些产品进行检测。
早期对于受测对象的检验，一般采用特定的检验仪器，经人工比对后确定检测值。近年来，随着计算机硬件性能的提高及价格的降低，计算机在受测对象检验活动中被大量的引入，因而提高了检验的速度和准确性。其做法一般是使用扫描机台扫描受测对象，获得由多个三维离散点组成的点的集合，一般称之为点云，将点云资料汇入计算机，执行相应软件对点云资料进行处理，比如量测点云，色阶比对等，从而实现对受测对象之检验。
然而目前的点云检测系统所能识别的点云格式具有一定局限性，例如大多数检测系统不支持Metris公司的MBF(Metris basic file)点云文件格式，而Metris公司在高端扫描系统市场占有率较高。且没有一个完整的点云模型对点云对象进行描述。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种点云格式解析系统，对不同格式的点云文件进行解析，建立完整的点云对象模型，以方便点云检测。
此外，还有必要提供一种点云格式解析方法，对不同格式的点云文件进行解析，建立完整的点云对象模型，以方便点云检测。
一种点云格式解析系统，该系统包括应用服务器及数据库，所述数据库用于储存点云文件，所述应用服务器包括：点云文件接收模块，用于从数据库接收点云文件；判断模块，用于判断点云文件的格式；格式解析模块，用于根据点云文件的格式解析点云文件以查找点云信息；及点云对象模型建立模块，用于创建点云对象类、将所述点云信息储存至点云对象类的相应存储数组，并根据点云对象类所存储的的点云信息建立点云对象模型。
其中，所述解析模块包括：参数设置子模块，用于设置解析参数，包括在不同格式的点云文件中查找点云信息时的步长及将二进制数据转换为用户可识别的数据时的转换长度；数据格式转换子模块，用于将非文本格式的点云文件以二进制格式开启，并将二进制数据按设定的转换长度转换成用户可识别的数据；及点云信息查找子模块，用于按设定的步长在点云文件中查找点云信息。
进一步地，所述点云对象模型建立模块包括：建立子模块，用于创建点云对象类，及用于根据点云对象类所存储的点云信息建立点云对象模型；数组初始化子模块，用于初始化点云对象类的存储数组，包括初始化存储数组的数组名、维数、数据类型；及信息添加子模块，用于将解析所得的点云信息储存至点云对象类的相应存储数组。
一种点云格式解析方法，该方法包括以下步骤：(A)从数据库接收点云文件；(B)判断该点云文件是否为文本格式；(C)若该点云文件不为文本格式，则以二进制格式打开该点云文件；(E)解析得到的二进制格式的点云文件并根据解析得到的点云信息建立点云对象模型。
其中步骤(E)包括以下步骤：(a)创建点云对象类；(b)初始化点云对象类的存储数组；(c)设置将二进制数据转换为用户可识别的数据时的转换长度及设置在转换后的文件中查找时的步长；(d)将二进制数据按预设的转换长度转换为用户可识别的数据：(e)按预设的步长读取文件中的数据；(f)判断是否查找到点云名称信息；(g)若无点云名称信息，则直接进入下一步，反之，若有点云名称信息，则储存点云名称至点云对象类中对象名称的存储数组；(h)判断是否查找到点云属性信息；(i)若无点云属性信息，则直接进入下一步，反之，若有点云属性信息，则储存点云属性信息至点云对象类中相应属性的存储数组；(j)判断是否有点坐标信息；(k)若无点坐标信息，则直接进入下一步，反之，若有点坐标信息，则储存各点坐标值至点云对象类中点的存储数组；(l)判断是否已查找至文件尾；及(m)若未查找到文件尾，则返回读取文件中数据的步骤。
利用本发明，可对不同格式的点云文件进行解析，获取扫描物件的点云信息，建立点云对象模型，方便用户对点云进行检测。
附图说明
图1是本发明点云格式解析系统较佳实施例的硬件架构图。
图2是本发明点云格式解析系统较佳实施例的功能模块图。
图3是本发明点云格式解析方法的流程图。
图4是图3中步骤解析得到的二进制格式的点云文件的细化流程图。
图5是图3中步骤解析该文本格式的点云文件的细化流程图。
图6以对MBF点云文件的解析为例说明本发明点云格式解析系统及方法。
具体实施方式
如图1所示，是本发明点云格式解析系统较佳实施例的硬件架构图。该系统包括点云扫描装置1、应用终端2、网络3、应用服务器4及数据库5。点云扫描装置1扫描物件得到物件的点云数据，数据库5将点云扫描装置1得到的点云数据储存为相应的点云文件，应用服务器4包括多个功能模块及CAD软件，对从数据库5接收的点云文件的格式加以解析，建立点云的对象模型，应用终端2提供交互式界面，供用户通过网络3调用应用服务器4上的功能模块和CAD软件，网络3可以为企业内部网(Intranet)、互联网(Internet)或其它类型网络。
如图2所示，是本发明点云格式解析系统较佳实施例的功能模块图。应用服务器4包括：点云文件接收模块10、判断模块12、格式解析模块14、点云对象模型建立模块16、处理模块18及输入模块20。
点云文件接收模块10用于接收来自数据库5的点云文件。
判断模块12用于判断点云接收模块10所接收的点云文件的格式，点云文件的格式可分为文本格式和非文本格式两大类。其中应用最普遍的文本格式点云文件之一为ASCII(American Standard Code forInformation Interchange，美国信息交换标准码)，非文本格式的点云文件以在高端扫描系统市场占有率较高的MBF点云文件为典型代表。
格式解析模块14用于依据点云文件的格式对点云文件进行解析，获取点云信息，所述点云信息包括点云名称、属性及各点坐标值。其中，点云属性包括点云颜色、点云亮度、点云所处图层、总点数及点云最大最小边界点等。
格式解析模块14包括：参数设置子模块141、数据格式转换子模块142及点云信息查找子模块143。参数设置子模块141用于设置解析参数，包括设置在不同格式点云文件中查找时的步长、将二进制数据转换为用户可识别的数据时的转换长度等。数据格式转换子模块142用于将非文本格式的点云文件以二进制格式开启，并将二进制数据转换成用户可识别的数据。点云信息查找子模块143用于根据设置参数在点云文件中查找点云信息。
点云对象模型建立模块16用于根据查找到的点云信息建立点云对象的模型，其包括：建立子模块163，用于创建点云对象类，及用于根据点云对象类所存储的点云信息建立点云对象模型；数组初始化子模块161，用于初始化点云对象类的存储数组，包括数组名、维数、数据类型；及信息添加子模块162，用于将解析所得的点云信息储存至相应存储数组。
处理模块18用于对所建立的点云对象模型进行进一步处理，包括去杂点、调整点云对象的颜色、亮度，合并或消除多个点云对象重叠的部分等。
输入模块20用于将建立的点云对象模型输入至CAD系统40，生成对应的点云图形。
如图3所示，是本发明点云格式解析方法的流程图。首先，点云文件接收模块10接收数据库5储存的点云文件(步骤S10)。判断模块12判断该点云文件是否为文本格式，如.txt格式(步骤S12)。若为文本格式，则格式解析模块14解析该文本格式的点云文件，查找并获取点云信息(步骤S14)。点云对象模型建立模块16根据查找到的点云信息建立点云对象的模型(步骤S16)。处理模块18对所建立的点云对象模型进行处理，包括去杂点、合并或消除多个点云对象重叠的部分等(步骤S18)。输入模块20将处理后的点云对象模型输入至CAD系统40，生成对应的点云图形(步骤S20)。所述CAD系统是一种计算机辅助设计系统，如AutoCAD、Pro/E、3D Max等。用户也可根据需要将解析得到的点云信息保存到新的文件中便于后续使用，如保存到由用户命名的一个WORD文件中。
在步骤S12，若判断模块12判断该点云文件不为文本格式，则数据格式转换模块142以二进制格式打开该点云文件(步骤S24)。格式解析模块14解析得到的二进制格式点云文件(步骤S26)。随后流程转入S16。
如图4所示，是图3中步骤S26的细化流程图。首先，建立子模块163建立点云对象类(object class)(步骤S101)。数组初始化子模块161初始化点云对象类的存储数组，包括数组名、维数、数据类型，例如：将点云对象名称的存储数组命名为“SetName”、设置维数为一维、设置数据类型为字符(char)；将点云对象中点的存储数组命名为“AddPoint”、设置维数为三维、设置数据类型为浮点型(float)等(步骤S102)。参数设置子模块141设置将二进制数据转换为用户可识别的数据(如字符、十进制数字)时的转换长度，如以计算机中可单独处理的最小单位一个字节为单位转换长度，二进制数据的最小单位为比特(bit)，1byte＝8bits，及设置在转换后的数据中查找时的步长，如一个字节(步骤S 103)。数据格式转换子模块142将文件中的二进制(binary)数据按预设的转换长度转换为用户可识别的数据(步骤S104)。点云信息查找子模块143依预设的步长读取转换后点云文件中的数据(步骤S105)。判断模块12判断是否查找到点云名称信息，如表示点云名称的“New scan(1)”、“New scan(2)”、“Camera 1”等字符串(步骤S106)。若查找到表示点云名称的信息，则信息添加子模块162储存查找到的点云名称至点云对象类中对象名称的存储数组，如将点云名称“Newscan(1)”储存到对象类的存储数组“SetName”中(步骤S107)。判断模块12判断是否查找到所述点云的属性信息，如表示点云的图层、颜色、亮度等的字符串“Layer”、“Color”、“Light”等(步骤S108)。若查找到表示所述点云的属性信息，则信息添加子模块162储存查找到的点云属性信息至点云对象类中相应属性的储存数组(步骤S109)。点云信息查找子模块143继续查找，判断模块12判断是否查找到所述点云的点坐标信息，如点云中点的总点数，或是常用的标志起始点和结束点的字符串如“Start point”、“End point”等(步骤S110)。若查找到点坐标信息，则点云信息查找子模块143从文件中总点数的数据后，或是标志起始点的字符串后，依次读取点云的所有点的XYZ坐标值，如每次读取3个float(1float＝4bytes＝32bits)型数据，信息添加子模块162将3个float数据值依读取顺序赋给一个三维离散点作为XYZ坐标值，并将各点XYZ坐标值储存到点云对象类中点的存储数组，如“AddPoint”(步骤S111)。判断模块12判断是否到达文件结尾(步骤S112)。若未到达文件结尾，即文件中还有未读取的数据，则返回步骤S105，点云信息查找子模块143继续查找其它点云的信息。
在步骤S106，若判断模块12判断未查找到点云名称信息，则直接进入步骤S108。
在步骤S108，若判断模块12判断未查找到点云属性信息，则直接进入步骤S110。
在步骤S110，若判断模块12判断未查找到点坐标信息，即点云信息查找子模块143未查找到点坐标信息，则转入步骤S112。
如图5所示，是图3中步骤S14的细化流程图。步骤S201、S202分别类似步骤S101、S102。参数设置子模块141设置在文本文件中查找的步长，例如若该文本格式的点云文件为ASCII点云文件，则可设置步长为一行，即以相邻两个换行符或回车键之间的距离作为查找时的步长(步骤S203)。点云信息查找子模块143在文件中依设定的步长读取文件中的数据(步骤S204)。判断模块12判断是否查找到点云名称信息，类似于图4中步骤S106(步骤S205)。步骤S206、S207分别类似于步骤S107、S110。若在步骤S205判断模块判断查找到点坐标信息，则点云信息查找子模块143依设定的查找步长依次读取点云的所有点的XYZ坐标值，如步长为一行，则每次读取一行数据，信息添加子模块162将每行中以一个特殊字符串，如“*”、“*-”等，或n(n＞＝1)个空格所夹的三个数值依读取顺序赋给一个三维离散点作为XYZ坐标值，并将各点XYZ坐标值储存到点云对象类中点的存储数组(步骤S208)。判断模块12判断是否到达文件结尾(步骤S209)。若未到达文件结尾，即文件中还有未读取的数据，则返回步骤S204，点云信息查找子模块143继续查找其它点云的信息。
在步骤S205，若判断模块12判断未查找到点云名称信息，则进入步骤S207。
在步骤S207，若判断模块12判断未查找到点坐标信息，即点云信息查找子模块143未查找到点坐标信息，则进入步骤S209。
关于点云的信息，点云文件中不一定有每一块点云的名称、属性信息，但只要有点云，一定有点坐标信息。若在查找过程中，点云信息查找子模块143只查找到点云的点坐标信息，则在步骤S16，点云对象模型建立模块16为该点云赋予默认的名称和属性。
如图6所示，以对MBF点云文件的解析为例说明本发明点云格式解析系统及方法。点云文件接收模块10从数据库5接收非文本格式的点云文件后，将该点云文件临时保存在应用服务器的一个内存空间(步骤S401)。数据格式转换子模块142以二进制格式打开该点云文件后，以一个字节(1byte＝8bits)为单位长度将二进制数据转换为用户可识别的数据，如字符、十进制数字(步骤S402)。点云信息查找子模块143以一个字节为步长在转换后的点云文件中查找点云文件格式信息(步骤S403)。判断模块12判断点云文件中是否有Metris信息(步骤S404)。若找到如“Metris”、“Metris_file_format”等字符串，则判断模块12判断该点云文件为MBF点云文件，点云信息查找子模块143继续查找该MBF文件中所包含的点云信息：包括点云名称、属性及坐标信息，“New scan”、“Camera”等表示点云名称常用的特定字符串；查找“Layer”、“Color”、“Light”等表示点云图层、颜色、亮度等属性常用的特定字符串；及查找各点云中所有点的XYZ坐标值(步骤S405)。点云对象模型建立模块16根据查找到的点云信息建立该MBF点云文件中所包含的点云对象的模型(步骤S406)。
在步骤S404，若判断模块12判断未查找到Metris信息，则结束流程。

Claims (10)

1.一种点云格式解析系统，该系统包括应用服务器及数据库，所述数据库用于储存点云文件，其特征在于，所述应用服务器包括：
点云文件接收模块，用于从数据库接收点云文件；
判断模块，用于判断点云文件的格式；
格式解析模块，用于根据点云文件的格式解析点云文件以查找点云信息；及
点云对象模型建立模块，用于创建点云对象类、将所述点云信息存储至点云对象类的相应存储数组，并根据点云对象类所存储的的点云信息建立点云对象模型。
2.如权利要求1所述的点云格式解析系统，其特征在于，所述格式解析模块包括：
参数设置子模块，用于设置解析参数，包括在不同格式的点云文件中查找点云信息时的步长及将二进制数据转换为用户可识别的数据时的转换长度；
数据格式转换子模块，用于将非文本格式的点云文件以二进制格式开启，并将二进制数据按设定的转换长度转换成用户可识别的数据；及
点云信息查找子模块，用于按设定的步长在点云文件中查找点云信息。
3.如权利要求1所述的点云格式解析系统，其特征在于，所述点云对象模型建立模块包括：
建立子模块，用于创建所述点云对象类，及用于根据点云对象类所存储的点云信息建立点云对象模型；
数组初始化子模块，用于初始化点云对象类的存储数组，包括初始化存储数组的数组名、维数、数据类型；及
信息添加子模块，用于将解析所得的点云信息存储至点云对象类的相应存储数组。
4.如权利要求1所述的点云格式解析系统，其特征在于，所述应用服务器还包括处理模块，用于对建立的点云对象模型作进一步处理，包括去杂点、合并或消除多个点云对象重叠的部分。
5.如权利要求1所述的点云格式解析系统，其特征在于，所述应用服务器还包括输入模块，用于将建立的点云对象模型输入至计算机辅助设计系统。
6.一种点云格式解析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
从数据库接收点云文件；
判断该点云文件是否为文本格式；
若该点云文件为文本格式，则解析该文本格式的点云文件，若该点云文件不为文本格式，则以二进制格式打开该点云文件，并解析得到的二进制格式的点云文件；及
根据解析得到的点云信息建立点云对象模型。
7.如权利要求6所述的点云格式解析方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：
对建立的点云对象模型作进一步处理，包括去杂点、合并或消除多个点云对象重叠的部分。
8.如权利要求6所述的点云格式解析方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：输入点云对象模型至计算机辅助设计系统。
9.如权利要求6所述的点云格式解析方法，其特征在于，其中解析该文本格式的点云文件的步骤，包括以下步骤：
创建点云对象类；
初始化点云对象类的存储数组；
设置在文本格式的点云文件中查找时的步长；
依设定的步长读取所述文本格式的点云文件中的数据；
判断是否查找到点云名称信息；
若无点云名称信息，则直接进入下一步，反之，若有点云名称信息，则储存点云名称至点云对象类中对象名称的存储数组；
判断是否有点坐标信息；
若无点坐标信息，则直接进入下一步，反之，若有点坐标信息，则储存各点坐标值至点云对象类中点的存储数组；
判断是否已查找至文件尾；及
若未查找至文件尾，则返回读取点云文件中数据的步骤。
10.如权利要求6所述的点云格式解析方法，其特征在于，其中解析得到的二进制格式的点云文件的步骤，包括以下步骤：
创建点云对象类；
初始化点云对象类的存储数组；
设置将二进制数据转换为用户可识别的数据时的转换长度及设置在转换得到的可识别数据中查找时的步长；
将二进制数据按预设的转换长度转换为用户可识别的数据：
按预设的步长读取转换后的点云文件中的数据；
判断是否查找到点云名称信息；
若无点云名称信息，则直接进入下一步，反之，若有点云名称信息，则储存点云名称至点云对象类中对象名称的存储数组；
判断是否查找到点云属性信息；
若无点云属性信息，则直接进入下一步，反之，若有点云属性信息，则储存点云属性信息至点云对象类中相应属性的存储数组；
判断是否有点坐标信息；
若无点坐标信息，则直接进入下一步，反之，若有点坐标信息，则储存各点坐标值至点云对象类中点的存储数组；及
判断是否已查找至文件尾；及
若未查找至文件尾，则返回读取文件中数据的步骤。
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