CN104573144A - 量测设备离线点云模拟系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种量测设备离线点云模拟方法，该方法运用于主机中，该方法包括如下步骤：获取扫描设备对测量设备进行全部扫描所得到的三维点云；对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面；获取扫描设备对量测设备拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备的三维模型；在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。本发明还提供一种量测设备离线点云模拟系统。利用本发明可以通过对量测设备的扫描得到量测设备的三维模型，减少了误差，降低了量测设备在进行碰撞检测时的安全风险，提高了量测精度。

Description

量测设备离线点云模拟系统及方法

技术领域

本发明涉及一种点云处理技术，尤其涉及一种量测设备离线点云模拟系统及方法。

背景技术

量测设备的离线编程一般通过导入理论设计图（即CAD图档）的方式进行编程，但由于理论设计图和量测设备的实际尺寸上一般有比较大的误差，这样编写出来的量测设备的三坐标程序或通过它进行碰撞检测等会有很大的安全隐患。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种量测设备离线点云模拟系统，其可以通过对量测设备的扫描得到量测设备的三维模型，减少了误差，降低了量测设备在进行碰撞检测时的安全风险，提高了量测精度。

还有必要提供一种量测设备离线点云模拟方法，其可以通过对量测设备的扫描得到量测设备的三维模型，减少了误差，降低了量测设备在进行碰撞检测时的安全风险，提高了量测精度。

一种量测设备离线点云模拟系统，该系统运行于主机中，该系统包括：获取模块，用于获取扫描设备对测量设备进行全部扫描所得到的三维点云；三角网格化模块，用于对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面；所述获取模块，还用于获取扫描设备对量测设备拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备的三维模型；定义模块，用于在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。

一种量测设备离线点云模拟方法，该方法运用于主机中，该方法包括如下步骤：获取扫描设备对测量设备进行全部扫描所得到的三维点云；对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面；获取扫描设备对量测设备拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备的三维模型；在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。

相较于现有技术，所述的量测设备离线点云模拟系统及方法，其可以通过对量测设备的扫描得到量测设备的三维模型，减少了误差，降低了量测设备在进行碰撞检测时的安全风险，提高了量测精度。

附图说明

图1是本发明量测设备离线点云模拟系统较佳实施例的运行环境示意图。

图2是本发明量测设备离线点云模拟系统较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明量测设备离线点云模拟方法较佳实施例的作业流程图。

图4是本发明点云中三角网格化的示意图。

主要元件符号说明

主机	1
		显示设备	2
输入设备	3
		扫描设备	4
量测设备	5
		量测设备离线点云模拟系统	10
存储设备	12
		处理器	14
获取模块	100
		三角网格化模块	102
定义模块	104

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明量测设备离线点云模拟系统较佳实施例的运行环境示意图。该量测设备离线点云模拟系统10运行于一台主机1中，该主机1连接一台显示设备2及输入设备3。该主机1包括存储设备12，至少一个处理器14。所述输入设备3可以为键盘或鼠标。所述主机1为，但不限于，个人计算机、服务器等设备。该主机1还连接有一扫描设备4及量测设备5。所述扫描设备4为点云扫描机台（例如，结构光三维扫描仪），该点云扫描机台用于通过一个或多个CCD（图中未示出）在不同角度对量测设备5进行三维扫描，并计算得到组成量测设备5的三维点云。所述扫描设备4还用于拍摄量测设备5的二维图片。

在本实施例中，所述量测设备离线点云模拟系统10以软件程序或指令的形式安装在存储设备12中，并由处理器14执行。在其它实施例中，所述存储设备12可以为主机1外接的存储器。所示存储设备12存储有主机1在不同角度对物体进行拍摄的图片及每张图片对应的点云。

如图2所示，是本发明量测设备离线点云模拟系统10较佳实施例的功能模块图。该量测设备离线点云模拟系统10包括获取模块100、三角网格化模块102及定义模块104。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此本发明以下对软件描述都以模块描述。

所述获取模块100用于获取扫描设备4对测量设备5进行全部扫描所得到的三维点云。具体而言，所述扫描设备4对所述量测设备5中的所有部件进行扫描，之后得到组成量测设备5的三维点云。在某些情况下，需要对量测设备5进行拆卸，分别对组成量测设备5的所有部件进行扫描。

所述三角网格化模块102用于对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面。具体而言，所述三维点云中的任意三个点进行连线组成三角形，所组成的三角形满足两个条件，条件一，该三角形的外接圆内不能包含其它点；条件二，该三角形的向量与临近三角形的向量的夹角不能超过预设的曲率阀值（例如，90度）。组成三角形的方式如下：取三维点云中任意一点为基准，找与该基准点距离最近的第二点，距离要小于预设的距离阀值，之后第一点与第二点连成线，找连线临近的第三点，该三点连成的三角形外接圆中不包含点云中的其它点（即除了组成三角形的三点之外的其它点）。如图4所示，取三维点云中的任意点q0，找到距离最近的点q1，q0与q1连线，并寻找与q0与q1连线临近的第三点为q2，由点q0、q1及q2组成的三角形的外接圆中不能包含其它点云中的其它点（而图中由点q0、q3及q4组成的三角形的外接圆中包括点q5，则该三角形不合格），之后计算该三角形的向量及所有与该三角形相邻的三角形的向量（有共同的三角边即为相邻的三角形，例如，图4中与该三角形相邻三角形为q0、q2及q3组成的三角形，共同的边为点q0到q2连线），并分别计算该三角形的向量与所有该三角形相邻的三角形的向量的夹角，若所计算的夹角中有一个夹角大于预设的曲率阀值（例如，90度），则该三角形不合格，舍弃该三角形，然后重新寻找该三角形临近的第三点，以此为逻辑，直到找到合适的第三点所组成的三角形。

需要说明的是，由于三维点云在进行三角网格化后有大量的三角形，为了简化计算，可以精简一些三角形，即将一些三角形去除，以简化计算，提高运算效率。精简的原则是，曲率大的三角形保留的多（例如，曲率为70度到90度的三角形，全部保留），曲率小的三角形保留的少（例如，曲率为0度到10度的三角形，随机选择保留百分之三十的三角形）。

所述获取模块100还用于获取扫描设备4对量测设备5拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备5的三维模型。

所述定义模块104用于在量测设备5的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。具体而言，根据移动部件的坐标（从量测设备5中获取）找到移动部件在三维模型中的模拟图形，并用不同的颜色标示出来，当在主机1中运行该三维模型时，根据移动部件的移动范围（移动部件在三维坐标中的移动范围），在三维模型中移动所述移动部件对应的模拟图形。所述移动部件是指量测设备5用于测试的能够移动的部件，例如，测量杆、探头等部件。需要说明的是，所述在量测设备5的三维模型中定义进行量测的移动部件之后，用户可以直接通过三维模型模拟量测设备5对待测物件进行模拟测试。

如图3所示，是本发明量测设备离线点云模拟方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S10，所述获取模块100从扫描设备4对测量设备5进行全部扫描所得到的三维点云。具体而言，所述扫描设备4对所述量测设备5中的所有部件进行扫描，之后得到组成量测设备5的三维点云。在某些情况下，需要对量测设备5进行拆卸，分别对组成量测设备5的部件进行扫描。

步骤S20，所述三角网格化模块102对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面。具体而言，所述三维点云中的任意三个点进行连线组成三角形，所组成的三角形满足两个条件，条件一，该三角形的外接圆内不能包含其它点；条件二，该三角形的向量与临近三角形的向量的夹角不能超过预设的曲率阀值（例如，90度）。组成三角形的方式如下：取三维点云中任意一点为基准，找与该基准点距离最近的第二点，距离要小于预设的距离阀值，之后第一点与第二点连成线，找连线临近的第三点，该三点连成的三角形外接圆中不包含点云中的其它点（即除了组成三角形的三点之外的其它点）。如图4所示，取三维点云中的任意点q0，找到距离最近的点q1，q0与q1连线，并寻找与q0与q1连线临近的第三点为q2，由点q0、q1及q2组成的三角形的外接圆中不能包含其它点云中的其它点，之后计算该三角形的向量及所有与该三角形相邻的三角形的向量（有共同的三角边即为相邻的三角形，例如，图4中与该三角形相邻三角形为q0、q2及q3组成的三角形，共同的边为点q0到q2连线），并分别计算该三角形的向量与所有该三角形相邻的三角形的向量的夹角，若所计算的夹角中有一个夹角大于预设的曲率阀值（例如，90度），则该三角形不合格，舍弃该三角形，然后重新寻找该三角形临近的第三点，以此为逻辑，直到找到合适的第三点所组成的三角形。

需要说明的是，由于三维点云在进行三角网格化后有大量的三角形，为了简化计算，可以精简一些三角形，即将一些三角形去除，以简化计算，提高运算效率。精简的原则是，曲率在第一预设范围的三角形保留第一预设比例，曲率在第二预设范围的三角形保留第二预设比例，第一预设范围中的数值大于第二预设范围中的数值，第一预设比例大于第二预设比例。举例而言，例如，曲率大的三角形保留的多（例如，曲率为70度到90度的三角形，全部保留），曲率小的三角形保留的少（例如，曲率为0度到10度的三角形，随机选择保留百分之三十的三角形）。

步骤S30，所述获取模块100获取扫描设备4对量测设备5拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备5的三维模型。

步骤S40，所述定义模块104在量测设备5的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。具体而言，根据移动部件的坐标（从量测设备5中获取）找到移动部件在三维模型中的模拟图形，并用不同的颜色标示出来，当在主机1中运行该三维模型时，根据移动部件的移动范围（移动部件在三维坐标中的移动范围），在三维模型中移动所述移动部件对应的模拟图形。所述移动部件是指量测设备5用于测试的能够移动的部件，例如，测量杆、探头等部件。需要说明的是，所述在量测设备5的三维模型中定义进行量测的移动部件之后，用户可以直接通过三维模型模拟量测设备5对待测物件进行模拟测试。

Claims (12)

1.一种量测设备离线点云模拟系统，该系统运行于主机中，其特征在于，该系统包括：

获取模块，用于获取扫描设备对测量设备进行全部扫描所得到的三维点云；

三角网格化模块，用于对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面；

所述获取模块，还用于获取扫描设备对量测设备拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备的三维模型；及

定义模块，用于在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。

2.如权利要求1所述的量测设备离线点云模拟系统，其特征在于，所述三维点云中的任意三个点进行连线组成三角形，所组成的三角形满足两个条件：条件一，该三角形的外接圆内不能包含其它点；条件二，该三角形的向量与临近三角形的向量的夹角不能超过预设的曲率阀值。

3.如权利要求2所述的量测设备离线点云模拟系统，其特征在于，所述组成三角形的方式如下：取三维点云中任意一点为基准，找与该基准点距离最近的第二点，距离要小于预设的距离阀值，之后第一点与第二点连成线，找第一点与第二点组成的连线临近的第三点，该三点连成的三角形外接圆中不包含除该三点之外的点云中的其它点。

4.如权利要求1所述的量测设备离线点云模拟系统，其特征在于，所述三角网格化模块还用于对所述三维点云在经过三角网格化后产生的三角形进行精简操作。

5.如权利要求4所述的量测设备离线点云模拟系统，其特征在于，所述精简操作包括：

曲率在第一预设范围的三角形保留第一预设比例，曲率在第二预设范围的三角形保留第二预设比例，第一预设范围中的数值大于第二预设范围中的数值，第一预设比例大于第二预设比例。

6.如权利要求1所述的量测设备离线点云模拟系统，其特征在于，所述在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件的方式如下：

根据量测设备中移动部件的坐标找到移动部件在三维模型中的模拟图形，并用不同的颜色标示出来，当在主机中运行该三维模型时，根据移动部件在量测设备中的移动范围，在三维模型中移动所述移动部件对应的模拟图形。

7.一种量测设备离线点云模拟方法，该方法运用于主机中，其特征在于，该方法包括如下步骤：

获取扫描设备对测量设备进行全部扫描所得到的三维点云；

对所述三维点云进行三角网格化处理，形成实体面；

获取扫描设备对量测设备拍摄的二维图片，并根据贴图算法将拍摄的图片贴到所述实体面上，从而得到量测设备的三维模型；及

在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件，使得在移动模拟时该移动部件能够进行空间的移动。

8.如权利要求7所述的量测设备离线点云模拟方法，其特征在于，所述三维点云中的任意三个点进行连线组成三角形，所组成的三角形满足两个条件：条件一，该三角形的外接圆内不能包含其它点；条件二，该三角形的向量与临近三角形的向量的夹角不能超过预设的曲率阀值。

9.如权利要求8所述的量测设备离线点云模拟方法，其特征在于，所述组成三角形的方式如下：取三维点云中任意一点为基准，找与该基准点距离最近的第二点，距离要小于预设的距离阀值，之后第一点与第二点连成线，找第一点与第二点组成的连线临近的第三点，该三点连成的三角形外接圆中不包含除该三点之外的点云中的其它点。

10.如权利要求7所述的量测设备离线点云模拟方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对所述三维点云在经过三角网格化后产生的三角形进行精简操作。

11.如权利要求10所述的量测设备离线点云模拟方法，其特征在于，所述精简操作包括：

曲率在第一预设范围的三角形保留第一预设比例，曲率在第二预设范围的三角形保留第二预设比例，第一预设范围中的数值大于第二预设范围中的数值，第一预设比例大于第二预设比例。

12.如权利要求7所述的量测设备离线点云模拟方法，其特征在于，所述在量测设备的三维模型中定义进行量测的移动部件的方式如下：

根据量测设备中移动部件的坐标找到移动部件在三维模型中的模拟图形，并用不同的颜色标示出来，当在主机中运行该三维模型时，根据移动部件在量测设备中的移动范围，在三维模型中移动所述移动部件对应的模拟图形。