CN104634242A - 探针补点系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种探针补点系统，包括探针测量模块、计算模块、影像获取模块及输出模块。利用上述模块可根据多个标志点建立接触式探针的三维坐标系统并确定标志点及球心的初始坐标；利用该接触式探针接触待测产品时，拍摄所述接触式探针的影像；计算所述影像中标志点的二维坐标，并将该二维坐标转换为三维坐标；确定所述标志点的变化参数，及根据所述球心在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，确定所述球心的当前坐标；及输出所述球心的当前坐标。本发明还提供一种探针补点方法。利用本发明可对产品的点云进行修补。

Description

探针补点系统及方法

技术领域

本发明涉及影像检测领域，尤其涉及一种利用探针对产品的点云数据进行补点的系统及方法。

背景技术

利用三维扫描（光学点云扫描/激光线扫描)装置扫描产品的点云数据时，由于电荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device）或镭射扫描时会因为检测角度或景深等问题，从而使得产品的一些被遮住的部位或深孔等地方，不容易被扫描到，并最终导致获取的点云数据出现破面、破洞等情况，降低了整体点云的质量，并影响了测量效果。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种探针补点系统及方法，可利用接触式探针对产品不容易被扫描的部位进行补点。

一种探针补点方法，应用于三维扫描装置中，所述三维扫描装置包括CCD镜头，所述探针补点方法利用接触式探针对待测产品进行补点测量，所述接触式探针上预设有多个标志点，该方法包括：根据所述标志点建立该接触式探针的三维坐标系统，并在指定测量装置对所述接触式探针进行测量后，从所述指定测量装置获取所述标志点及所述接触式探针的球心的原始三维坐标；计算所述标志点及所述接触式探针的球心在该接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标；在利用所述接触式探针接触待测产品时，利用所述CCD镜头拍摄所述接触式探针的影像；计算所述影像中的接触式探针的多个标志点的二维坐标；利用所述三维扫描装置中预存的转换矩阵将所述标志点的二维坐标转换为三维坐标；根据对所述标志点转换后的三维坐标及所述标志点在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标的比较，确定所述标志点的变化参数；根据所述球心在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，确定所述球心当前的三维坐标；及输出所述球心当前的三维坐标作为待补点的坐标。

一种探针补点系统，应用于三维扫描装置中，所述三维扫描装置包括CCD镜头，所述探针补点系统利用接触式探针对待测产品进行补点测量，所述接触式探针上预设有多个标志点，该系统包括：探针测量模块，用于根据所述标志点建立该接触式探针的三维坐标系统，并在指定测量装置对所述接触式探针进行测量后，从所述指定测量装置获取所述标志点及所述接触式探针的球心的原始三维坐标；计算模块，用于计算所述标志点及所述接触式探针的球心在该接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标；影像获取模块，用于在利用所述接触式探针接触待测产品时，利用所述CCD镜头拍摄所述接触式探针的影像；所述计算模块，还用于计算所述影像中的接触式探针的多个标志点的二维坐标，利用所述三维扫描装置中预存的转换矩阵将所述标志点的二维坐标转换为三维坐标，根据对所述标志点转换后的三维坐标及所述标志点在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标的比较，确定所述标志点的变化参数，及根据所述球心在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，确定所述球心当前的三维坐标；及输出模块，用于输出所述球心当前的三维坐标作为待补点的坐标。

相较于现有技术，所述的探针补点系统及方法，可利用接触式探针对产品不容易被扫描的部位进行补点，从而确保该产品的点云数据的准确性，以提高测量准确度。

附图说明

图1是本发明探针补点系统的较佳实施方式的硬件架构图。

图2是本发明探针补点系统的较佳实施方式的接触式探针的结构示意图。

图3是本发明探针补点系统的较佳实施方式的功能模块图。

图4是本发明探针补点系统的较佳实施方式的基于所述接触式探针创建的三维坐标系。

图5是本发明探针补点方法的较佳实施方式的流程图。

主要元件符号说明

三维扫描装置	1
		探针补点系统	10
探针测量模块	100
		计算模块	102
影像获取模块	104
		输出模块	106
处理模块	108
		处理器	11
存储装置	12
		CCD镜头	13
显示装置	14
		接触式探针	2
球心	20

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，是本发明探针补点系统的较佳实施方式的硬件架构图。如图2所示，是本发明探针补点系统的较佳实施方式的接触式探针的结构示意图。下文结合图1、图2进行说明。

所述的探针补点系统10应用于三维扫描装置1中，所述三维扫描装置1可以是光学点云三维扫描仪、激光线扫描仪、或者其他可用于影像测量的装置。

所述三维扫描装置包括电荷耦合器件（CCD，Charge Coupled Device）镜头13。在本较佳实施方式中，所述的CCD镜头13用于拍摄目标物体的影像，所述目标物体可以是待测产品或者本发明中的接触式探针2。

如图2所示的是接触式探针2的结构示意图，所述接触式探针2包括球心20。所述接触式探针2可以是便携式探针，用户可手持该接触式探针2对产品进行直接的测量，例如，将球心与产品表面进行接触。如上文所述，由于产品的一些被遮住的部位或深孔等地方，在测量的时候不容易被扫描到，从而无法获取完整的点云数据，因此，在本较佳实施方式中，所述的接触式探针2可被用来对产品的这些被遮住的部位或深孔等地方进行补充测量以对不完整的点云数据进行修补，此过程可简称为“补点”。

在本较佳实施方式中，为了利用所述的接触式探针2进行补点操作，首先需要测量所述接触式探针2并建构基于所述接触式探针2的三维坐标系统，所述三维坐标系统可基于在所述接触式探针2上的多个预设的标志点来完成。所述的预设的标志点可以是在所述接触式探针2上的任意位置的多个固定的点以作为参照点来完成对三维坐标系统的构建及后续对所述接触式探针2的球心20的位置测量。如图2所示的范例，所述的接触式探针2上预设了三个标志点，分别是点A、O、C。

在本较佳实施方式中，所述的探针补点系统10用于根据对接触式探针2的测量确定基于该接触式探针2的三维坐标系统，并在利用所述接触式探针2对产品进行局部测量时，通过拍摄所述接触式探针2的影像进行分析以确定所述测量点的位置坐标，从而在该产品的原始点云数据中补充所确定的测量点的点云数据。具体处理过程参见下文针对图5所示流程图的详细说明。

所述的三维扫描装置1进一步包括处理器11及存储装置12。所述处理器11用于执行所述探针补点系统10以及在所述三维扫描装置1内安装的各类软件，例如操作系统等。所述存储装置12可以是硬盘，或者其他类型的存储卡或存储设备。所述的存储装置12用于存储各类数据，例如，拍摄的影像，以及用于存储利用所述探针补点系统10所设置、接收及处理后的数据。

所述的三维扫描装置1进一步包括显示装置14，所述的显示装置14用于显示各类可视化数据。

如图3所示，是本发明探针补点系统的较佳实施方式的功能模块图。在本实施方式中，所述探针补点系统10包括多个功能模块，分别是：探针测量模块100、计算模块102、影像获取模块104、输出模块106以及处理模块108。本发明所称的模块是指一种能够被处理器11所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储装置12中。在本实施例中，关于各模块的功能将在图4、图5的流程图中具体描述。

如图5所示，是本发明探针补点方法的较佳实施方式的流程图。

首先，在利用所述接触式探针2对产品的局部位置进行补点时，需要先完成对所述接触式探针2的测量。于步骤S2，利用指定测量装置对所述接触式探针2进行测量。所述的指定测量装置可以是三坐标测量装置或者三维扫描装置，此外，所述的指定测量装置也可以是影像测量装置。

在本实施方式中，所述的指定测量装置对所述接触式探针2进行的测量是基于对所述接触式探针2的实体进行测量，此外，在其他实施方式中，也可以是利用拍摄所述接触式探针2的影像来完成相关的测量。

步骤S4，所述的探针测量模块100在所述指定测量装置对所述接触式探针2完成测量后，从所述指定测量装置获取所述标志点的原始三维坐标。所述标志点的原始三维坐标可以是在所述指定测量装置内建构的坐标系的基础上的坐标值。

步骤S6，所述的探针测量模块100根据所述标志点建立该接触式探针2的三维坐标系统，并确定所述标志点在该三维坐标系统中的初始三维坐标。

在第一实施方式中，所述的探针测量模块100预先指定所述接触式探针2的三维坐标系的构建标准，例如，参考如图4所示的范例，设定标志点O为三维坐标系的原点，OA方向为X轴的方向，OC方向为Y轴的方向，然后在所述X、Y轴的基础上确定Z轴的方向。在确定了所述三维坐标系的构建标准后，所述的探针测量模块100将述标志点的原始三维坐标转换为在所述接触式探针2的三维坐标系上的坐标值。

例如，点O的原始三维坐标值是（1,1,1），点X的原始三维坐标值是（5,1,1），点Y的原始三维坐标值是（1,5,1）。那么，在确定点O为所述接触式探针2的三维坐标系的原点后，在该三维坐标系中，点O的初始三维坐标值为（0,0,0），而点X的初始三维坐标值则为（4,0,0），而点Z的初始三维坐标值为（0,4,0）。

在第二实施方式中，所述的探针测量模块100可根据所述指定测量装置的坐标系，即，直接根据所述标志点的原始三维坐标建构所述接触式探针2的三维坐标系。例如，维持上述各个标志点的原始三维坐标不变，即原始坐标值与初始三维坐标值相同。

步骤S8，所述的计算模块102根据所述三维坐标系统确定所述接触式探针2的球心20的初始三维坐标。

步骤S10，所述的影像获取模块104在利用所述接触式探针2接触待测产品时，利用所述CCD镜头13拍摄所述接触式探针2的影像。

在其他实施方式中，于步骤S10之前，还可进一步包括如下多个步骤。所述的处理模块108获取所述待测产品的三维点云数据，例如，可利用所述CCD镜头13扫描所述待测产品，并输出所述待测产品的三维点云数据，然后根据所述三维点云数据构建曲面，对所述曲面进行三角网格化处理并输出处理后的三角网格面。

例如，所述的处理模块108获取所述待测产品的三维点云数据，以任意一点为基准（简称为“第一点”），寻找与该第一点距离最近的一个第二点，所述第二点与第一点之间的距离需小于预设的阀值。所述的处理模块108将所述第一点与第二点连接成线，再次寻找与该线邻近的第三点，并将所述三个点连接成三角形，需要注意的是，所述的处理模块108会分析该三角形的外接圆是否包含所述三维点云数据中除该三角形的顶点外的其他点。

如果在连接的三角形的外接圆内包含所述三维点云数据中除该三角形的顶点外的其他点时，所述的处理模块108删除该三角形。

如果在连接的三角形的外接圆内不包含所述三维点云数据中除该三角形的顶点外的其他点时，所述的处理模块108根据相邻两个三角形的法向量夹角不超过一个预设角度的原则来判断上述连接的三角形是否合格。若该三角形与邻近的三角形的法向量的夹角超过预设角度，所述的处理模块108确定该三角形连接错误，则根据上述第一点与第二点的线条重新寻找邻近的第三点。

通过循环上述步骤，可对所述待测产品的三维点云数据进行快速的三角网格化处理，并输出由多个三角形所构建的三角网格面。

基于该输出的三角网格面，用户可判断所述待测产品的三维点云数据是否出现破面、少面及深孔的问题，从而造成对该待测产品的三维点云数据的影响。

在本较佳实施方式中，若用户判断该点云数据出现上述情况，则可手持所述的接触式探针2对所述待测产品进行局部区域的测量，然后，所述的影像获取模块104利用所述CCD镜头13拍摄所述接触式探针2的影像。

步骤S12，所述计算模块102计算所述影像中的所述接触式探针2的多个标志点的二维坐标。所述二维坐标的计算可根据在所述影像的基础上构建的二维坐标系来确定，而该影像的二维坐标系可根据该影像的像素来建立。

例如，所述影像是RGB图像时，R代表红色，G代表绿色，B代表蓝色。RGB图像的每个像素可以用RGB值来表示。RGB值包括红色分量、绿色分量及蓝色分量三个颜色分量。每个颜色分量通常占一个字节。例如，白色的红色分量、绿色分量及蓝色分量都是255（即十六进制数FF），RGB值是十六进制数FFFFFF。又如，黑色的红色分量、绿色分量及蓝色分量都是0，RGB值是十六进制数000000。

RGB图像包括8位RGB、16位RGB、24位RGB、32位RGB等数据格式。对于8位RGB图像，像素值信息中每个像素的像素值占8位（即1个字节）。对于16位RGB图像，像素值信息中每个像素的像素值占16位（即2个字节）。对于24位RGB图像，像素值信息中每个像素的像素值占24位（即3个字节）。

所述影像的尺寸指所述影像的长度和宽度，所述长度和宽度以像素为单位。例如，对于60×80的影像，该影像的长度为60像素，宽度为80像素。

所述计算模块102根据该影像的数据格式及尺寸，从读取的像素值信息中提取所述影像的各个像素的像素值，并确定各个像素的二维坐标。一般来说，影像的像素值信息按照从左到右、从下到上的顺序记录组成影像的各个像素的像素值。相应地，所述计算模块102从像素值信息中依次提取出影像的各个像素的像素值。

例如，若所述影像的数据格式是8位RGB，则提取模块210按照从左到右、从下到上的顺序从读取的像素值信息中提取影像的各个像素的像素值，提取的每个像素的像素值占8位。又如，若所述影像的数据格式是16位RGB，则所述计算模块102按照从左到右、从下到上的顺序从读取的像素值信息中提取影像的各个像素的像素值，提取的每个像素的像素值占16位。

根据影像的各个像素在影像中的位置，可以确定各个像素的二维坐标。例如，一个8×8的影像，按照从左到右、从下到上的顺序，该影像的各个像素的二维坐标依次为(0,0)、(1,0)、(2,0)、(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)、(7,0)、(0,1)、(1,1)、(2,1)、(3,1)……(0,7)、(1,7)、(2,7)、(3,7)、(4,7)、(5,7)、(6,7)、(7,7)。

因此，利用上述方式，所述计算模块102可以确定所述接触式探针2的标志点在所述影像中的二维坐标。

步骤S14，所述计算模块102利用所述三维扫描装置1中预存的转换矩阵将所述标志点的二维坐标转换为三维坐标。例如，所述的转换矩阵可以是4*4矩阵。

步骤S16，所述计算模块102比较所述标志点转换后的三维坐标及所述标志点在所述接触式探针2的三维坐标系统中的初始三维坐标（见步骤S6），并根据该比较确定所述标志点的变化参数。

步骤S18，所述计算模块102根据所述球心20在所述接触式探针2的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，计算所述球心20当前的三维坐标，所述的输出模块106输出所述球心当前的三维坐标作为待补点的坐标，然后，结束本流程。

例如，所述计算模块102可通过比较在步骤S6中得到的所述标志点在该三维坐标系统中的初始三维坐标以及在步骤S14中得到的所述标志点的转换后的三维坐标，来确定每个标志点的变化参数，例如，计算每个标志点的位移等参数，并最终根据标志点的变化参数以及在步骤S8中所确定的所述球心20的三维坐标来计算出在步骤S18中的所述球心20当前的三维坐标。

此外，所述的处理模块108还可根据所述待补点的坐标对所述三维点云数据进行修补。

本较佳实施方式利用了所述接触式探针2上标志点与所述球心20的固定的对应关系，可通过识别测量时标志点的坐标的变化来计算球心的当前坐标，而该球心的当前坐标即是测量点的坐标（如上文所述的待补点），从而完成对待测产品的局部区域的补点操作，确保该待测产品的三维点云数据的完整及品质。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种探针补点方法，应用于三维扫描装置中，所述三维扫描装置包括CCD镜头，其特征在于，所述探针补点方法利用接触式探针对待测产品进行补点测量，所述接触式探针上预设有多个标志点，该方法包括：

根据所述标志点建立该接触式探针的三维坐标系统，并在指定测量装置对所述接触式探针进行测量后，从所述指定测量装置获取所述标志点及所述接触式探针的球心的原始三维坐标；

计算所述标志点及所述接触式探针的球心在该接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标；

在利用所述接触式探针接触待测产品时，利用所述CCD镜头拍摄所述接触式探针的影像；

计算所述影像中的接触式探针的多个标志点的二维坐标；

利用所述三维扫描装置中预存的转换矩阵将所述标志点的二维坐标转换为三维坐标；

根据对所述标志点转换后的三维坐标及所述标志点在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标的比较，确定所述标志点的变化参数；

根据所述球心在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，确定所述球心当前的三维坐标；及

输出所述球心当前的三维坐标作为待补点的坐标。

2.如权利要求1所述的探针补点方法，其特征在于，该方法还包括：

获取所述待测产品的三维点云数据；及

根据所述待补点的坐标对所述三维点云数据进行修补。

3.如权利要求2所述的探针补点方法，其特征在于，其中，所述的获取所述待测产品的三维点云数据的步骤包括：

利用所述CCD镜头扫描所述待测产品，并输出所述待测产品的三维点云数据；及

根据所述三维点云数据构建曲面，对所述曲面进行三角网格化处理并输出处理后的三角网格面。

4.如权利要求3所述的探针补点方法，其特征在于，对所述曲面进行的三角网格化处理包括如下步骤：

以所述待测产品的三维点云数据中的任意一点为第一点，寻找与该第一点距离最近的一个第二点，其中，所述第二点与第一点之间的距离需小于预设的阀值；

将所述第一点与第二点连接成线；

寻找与该线邻近的第三点，并将第一点、第二点及第三点连接成三角形；

在连接的三角形的外接圆内不包含所述三维点云数据中除该三角形的顶点外的其他点时，根据相邻两个三角形的法向量夹角不超过一个预设角度的原则判断上述连接的三角形是否合格；及

在该三角形与邻近的三角形的法向量的夹角不超过预设角度时，确定该三角形连接正确。

5.如权利要求1所述的探针补点方法，其特征在于，所述接触式探针的三维坐标系统通过如下步骤进行建立：

确定其中一个标志点为该接触式探针的三维坐标系统的原点，并设置X轴、Y轴及Z轴的方向；及

将所述指定测量装置所测量得到的所述多个标志点的原始三维坐标转换为该接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标。

6.一种探针补点系统，应用于三维扫描装置中，所述三维扫描装置包括CCD镜头，其特征在于，所述探针补点系统利用接触式探针对待测产品进行补点测量，所述接触式探针上预设有多个标志点，该系统包括：

探针测量模块，用于根据所述标志点建立该接触式探针的三维坐标系统，并在指定测量装置对所述接触式探针进行测量后，从所述指定测量装置获取所述标志点及所述接触式探针的球心的原始三维坐标；

计算模块，用于计算所述标志点及所述接触式探针的球心在该接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标；

影像获取模块，用于在利用所述接触式探针接触待测产品时，利用所述CCD镜头拍摄所述接触式探针的影像；

所述计算模块，还用于计算所述影像中的接触式探针的多个标志点的二维坐标，利用所述三维扫描装置中预存的转换矩阵将所述标志点的二维坐标转换为三维坐标，根据对所述标志点转换后的三维坐标及所述标志点在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标的比较，确定所述标志点的变化参数，及根据所述球心在所述接触式探针的三维坐标系统中的初始三维坐标及所述标志点的变化参数，确定所述球心当前的三维坐标；及

输出模块，用于输出所述球心当前的三维坐标作为待补点的坐标。

7.如权利要求6所述的探针补点系统，其特征在于，该系统还包括处理模块，用于获取所述待测产品的三维点云数据，及根据所述待补点的坐标对所述三维点云数据进行修补。

8.如权利要求7所述的探针补点系统，其特征在于，所述的处理模块通过下述方式获取所述待测产品的三维点云数据：

利用所述CCD镜头扫描所述待测产品，并输出所述待测产品的三维点云数据；及

根据所述三维点云数据构建曲面，对所述曲面进行三角网格化处理并输出处理后的三角网格面。

9.如权利要求8所述的探针补点系统，其特征在于，所述的处理模块通过下述方式对所述曲面进行的三角网格化处理：

以所述待测产品的三维点云数据中的任意一点为第一点，寻找与该第一点距离最近的一个第二点，其中，所述第二点与第一点之间的距离需小于预设的阀值；

将所述第一点与第二点连接成线；

寻找与该线邻近的第三点，并将第一点、第二点及第三点连接成三角形；

在连接的三角形的外接圆内不包含所述三维点云数据中除该三角形的顶点外的其他点时，根据相邻两个三角形的法向量夹角不超过一个预设角度的原则判断上述连接的三角形是否合格；及

在该三角形与邻近的三角形的法向量的夹角不超过预设角度时，确定该三角形连接正确。

10.如权利要求6所述的探针补点系统，其特征在于，所述的指定测量装置是三坐标测量装置或者三维扫描装置。