CN105788000A - 网格补孔方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种网格补孔方法及系统，所述方法包括：读取需要修补孔洞的点云，并将该点云三角网格化；利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞；利用预设法则对每一孔洞进行初填充；利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致；及对填充部分及其周围网格进行平滑处理。本发明可以智能迅速地修补点云的孔洞。

Description

网格补孔方法及系统

技术领域

本发明涉及一种点云处理方法及系统，尤其是涉及一种点云的网格补孔方法及系统。

背景技术

三维扫描设备扫描待量测物体生成点云时，由于扫描设备本身的原因或者其他外界因素的干扰，生成的点云常会存在孔洞的缺失。这些孔洞必须通过算法填充才能得到后续应用。然而，网格补孔的算法虽然有很多种，但对于存在点云数目大、物体形状复杂、孔洞大小不一等复杂情况的点云，一般的算法在补孔以后，其补孔痕迹明显，特征与实际不符，并不能满足后续应用的要求。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种网格补孔方法及系统，可以智能迅速地修补点云的孔洞。

一种网格补孔方法，应用于电子装置中，该方法包括步骤：（a）读取需要修补孔洞的点云，并将该读取的点云三角网格化；（b）利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞；（c）利用预设法则对每一孔洞进行初填充；（d）利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致；及（e）对填充部分及其周围网格进行平滑处理。

一种网格补孔系统，运行于电子装置中，该系统包括：三角网格化模块，用于读取需要修补孔洞的点云，并将该读取的点云三角网格化；孔洞寻找模块，用于利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞；初填充模块，用于利用预设法则对每一孔洞进行初填充；法相约束模块，用于利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致；及平滑处理模块，用于对填充部分及其周围网格进行平滑处理。

相较于现有技术，本发明所提供的网格补孔方法及系统，可以在将点云三角网格化后，利用预设法则对孔洞进行快速初填充，并利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致，以实现孔洞的智能迅速修补，既确保了填充的自然性，又保证了待量测物体的形状不会改变。

附图说明

图1是本发明网格补孔系统较佳实施例的硬件架构图。

图2是本发明网格补孔系统较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明网格补孔方法较佳实施例的作业流程图。

图4是本发明预设规则所对应的孔洞边缘相邻两条边之间的不同夹角示意图。

图5是本发明填充点的调整示意图。

主要元件符号说明

电子装置	100
		网格补孔系统	10
三角网格化模块	11
		孔洞寻找模块	12
初填充模块	13
		法相约束模块	14
平滑处理模块	15
		处理器	20
存储单元	30
		显示单元	40

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

参阅图1所示，是本发明网格补孔系统较佳实施例的硬件架构图。该网格补孔系统10运行于电子装置100中，该电子装置100可以是计算机、服务器、编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）、测量机台、或者其它具备运算能力的电子装置。

所述电子装置100还包括部件，如处理器20、存储单元30及显示单元40。电子装置100的部件10-40通过系统总线进行通信。

所述处理器20用于执行所述网格补孔系统10以及在所述电子装置100内安装的各类软件，例如操作系统等。所述存储单元30可以是硬盘，或者其他类型的存储卡或存储设备。所述的存储单元30用于存储各类数据，例如，不同产品的点云数据及利用所述网格补孔系统10所设置、接收及处理后的数据。所述的显示单元40用于显示各类可视化数据。

参阅图2所示，是本发明网格补孔系统较佳实施例的功能模块图。在本实施方式中，所述网格补孔系统10包括多个功能模块，分别是：三角网格化模块11、孔洞寻找模块12、初填充模块13、法相约束模块14及平滑处理模块15。本发明所称的模块是指一种能够被处理器20所执行并且能够完成固定功能的一系列计算机程序段，其存储在存储单元30中。在本实施例中，关于各模块的功能将在图3的流程图中具体描述。

参阅图3所示，是本发明网格补孔方法较佳实施例的流程图。

步骤S310，三角网格化模块11读取需要修补孔洞的点云，并将该读取的点云三角网格化。所述点云包括数据，但不限于：点的三维坐标、点的标识及点云总数等。所述点云可以从电子装置100的存储单元30中读取，也可以从其他外接的存储设备或者点云扫描装置中读取。

步骤S320，孔洞寻找模块12利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞。

在本较佳实施例中，所述孔洞特点为闭区域、无网格。也就是说，孔洞的边均仅被上述三角网格化处理后的一个三角形拥有，且该仅被一个三角形拥有的边所构成的闭区域中没有网格。

在本较佳实施例中，孔洞寻找模块12遍历上述三角网格化处理后的三角形的所有边，寻找仅属于一个三角形的边。在该仅属于一个三角形的边能连成闭区域，且该闭区域的内部没有网格时，孔洞寻找模块12确定该闭区域为需要填充的孔洞。

步骤S330，初填充模块13利用预设法则对每一孔洞进行初填充。在本较佳实施例中，所述预设法则根据孔洞边缘相邻两条边之间的夹角来确定。

例如，所述预设法则为：在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角小于等于第一预设角度（例如，）时，所述初填充模块13直接将不共点的两个顶点相连；在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第一预设角度且小于等于第二预设角度（例如，）时，所述初填充模块13做该两条边的角平分线，该角平分线的长度为两条边的平均值，并将该角平分线的顶点与其他不共点的两个顶点相连；在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第二预设角度时，所述初填充模块13不进行处理。

参阅图4A所示，在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角小于时，所述初填充模块13根据预设法则将顶点及顶点相连。参阅图4B所示，在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于小于时，所述初填充模块13根据预设法则做的角平分线，将顶点分别与顶点及顶点相连，所述角平分线的长度为边及边长度的平均值。参阅图4C所示，在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于时，所述初填充模块13根据预设法则对其不予处理。

在本较佳实施例中，初填充模块13利用所述预设法则对每一孔洞边缘的边进行初填充，直至每一孔洞均剩下最后三条边以组成最后一个三角形，则完成了每一孔洞的初填充。

步骤S340，法相约束模块14利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致。

在本较佳实施例中，法相约束模块14针对初填充过程中所加入的填充点，根据该填充点的角平分线的另一个顶点的法向量n0、及该角平分线所对应的两个填充三角形、的法向量n1、n2，确定所述角平分线所应旋转的角度，并根据角度的值确定所述角平分线所应旋转的方向，及根据所述角度及应旋转的方向将填充点调整至一个新的点。法相约束模块14还根据该调整后的点确定调整后的填充三角形。参阅图5所示，角平分线向上旋转角度后，得到一个新的顶点，将该顶点分别与顶点、、相连，得到调整后的填充三角形。

在本较佳实施例中，所述法向量n0通过以下方法求出：假设顶点的邻域点集为，顶点的质心为，定义该顶点的协方差矩阵为，该协方差矩阵的最小特征值所对应的特征向量即为所述法向量n0。

在本较佳实施例中，所述填充三角形、的法向量n1、n2通过以下方法求出：假设填充三角形的三个顶点为v0、v1、v2，该填充三角形的法向量n的计算公式如下所示：

n.x=(v1.y-v0.y)*(v2.z-v0.z)-(v1.z-v0.z)*(v2.y-v0.y)，

n.y=(v1.z-v0.z)*(v2.x-v0.x)-(v1.x-v0.x)*(v2.z-v0.z)，

n.z=(v1.x-v0.x)*(v2.y-v0.y)-(v1.y-v0.y)*(v2.x-v0.x)；根据上述填充三角形的法向量n的计算公式，即可求出填充三角形、的法向量n1、n2。

在本较佳实施例中，在计算得到上述法向量n0、n1、n2后，角度的计算公式为。法相约束模块14根据该角度的计算公式确定所述角平分线所应旋转的角度，并在角度的值大于0时，控制所述角平分线相对于其所处平面向上旋转，在角度的值小于0时，控制所述角平分线相对于其所处平面向下旋转，使得填充点调整至一个新的点。

步骤S350，平滑处理模块15对填充部分及其周围网格进行平滑处理，并输出处理后的点云。在本较佳实施例中，平滑处理模块15利用法向量修正等迭代算法对填充部分及其周围网格进行平滑处理。

最后所应说明的是，以上实施例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例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，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种网格补孔方法，应用于电子装置中，其特征在于，该方法包括：

三角网格化步骤：读取需要修补孔洞的点云，并将该读取的点云三角网格化；

孔洞寻找步骤：利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞；

初填充步骤：利用预设法则对每一孔洞进行初填充；

法相约束步骤：利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致；及

平滑处理步骤：对填充部分及其周围网格进行平滑处理。

2.如权利要求1所述的网格补孔方法，其特征在于，所述孔洞寻找步骤通过以下方法寻找需要填充的孔洞：

遍历三角网格化处理后的三角形的所有边，寻找仅属于一个三角形的边；及

在该仅属于一个三角形的边能连成闭区域，且该闭区域的内部没有网格时，确定该闭区域为需要填充的孔洞。

3.如权利要求1所述的网格补孔方法，其特征在于，所述预设法则根据孔洞边缘相邻两条边之间的夹角来确定。

4.如权利要求1或3所述的网格补孔方法，其特征在于，所述预设法则包括：

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角小于等于第一预设角度时，将不共点的两个顶点相连；

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第一预设角度且小于等于第二预设角度时，做该两条边的角平分线，并将该角平分线的顶点与其他不共点的两个顶点相连，所述角平分线的长度为该两条边的平均值；及

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第二预设角度时，不进行处理。

5.如权利要求1所述的网格补孔方法，其特征在于，所述法相约束步骤通过以下方法调整初填充过程中所加入的填充点的位置：

针对初填充过程中所加入的填充点，根据该填充点的角平分线的另一个顶点的法向量n0、及该角平分线所对应的两个填充三角形、的法向量n1、n2，确定所述角平分线所应旋转的角度；

根据角度的值确定所述角平分线所应旋转的方向；及

根据所述角度及应旋转的方向将填充点调整至一个新的点。

6.一种网格补孔系统，运行于电子装置中，其特征在于，该系统包括：

三角网格化模块，用于读取需要修补孔洞的点云，并将该读取的点云三角网格化；

孔洞寻找模块，用于利用孔洞特点寻找需要填充的孔洞；

初填充模块，用于利用预设法则对每一孔洞进行初填充；

法相约束模块，用于利用法相约束调整初填充过程中所加入的填充点的位置，使得填充部分与周围网格在形状特征上保持一致；及

平滑处理模块，用于对填充部分及其周围网格进行平滑处理。

7.如权利要求6所述的网格补孔系统，其特征在于，所述孔洞寻找模块通过以下方法寻找需要填充的孔洞：

遍历三角网格化处理后的三角形的所有边，寻找仅属于一个三角形的边；及

在该仅属于一个三角形的边能连成闭区域，且该闭区域的内部没有网格时，确定该闭区域为需要填充的孔洞。

8.如权利要求6所述的网格补孔系统，其特征在于，所述预设法则根据孔洞边缘相邻两条边之间的夹角来确定。

9.如权利要求6或8所述的网格补孔系统，其特征在于，所述预设法则包括：

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角小于等于第一预设角度时，将不共点的两个顶点相连；

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第一预设角度且小于等于第二预设角度时，做该两条边的角平分线，并将该角平分线的顶点与其他不共点的两个顶点相连，所述角平分线的长度为该两条边的平均值；及

在孔洞边缘相邻两条边之间的夹角大于所述第二预设角度时，不进行处理。

10.如权利要求6所述的网格补孔系统，其特征在于，所述法相约束模块通过以下方法调整初填充过程中所加入的填充点的位置：

针对初填充过程中所加入的填充点，根据该填充点的角平分线的另一个顶点的法向量n0、及该角平分线所对应的两个填充三角形、的法向量n1、n2，确定所述角平分线所应旋转的角度；

根据角度的值确定所述角平分线所应旋转的方向；及

根据所述角度及应旋转的方向将填充点调整至一个新的点。