CN111174727B - 一种形貌扫描方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种形貌方法及装置，用以实现复杂区域扫描，克服单一的圆形、矩形区域扫描对扫描任务带来的制约限制，完成自定义非规则的凸多边形区域遍历，包括：确定待扫描区域；将所述待扫描区域划分为N边形；将所述N边形分割为S个分割区域；对所述S个分割区域进行形貌扫描。本实施例还提供了一种形貌扫描装置。通过本实施例的方法，将待扫描区域进行分割，再分别对每个分割区域进行扫描，解决了三维形貌测量仪对复杂区域扫描测量问题，提高了扫描测量效率，提高了稳定性和可靠性。

Description

一种形貌扫描方法及系统
技术领域
本申请涉及探测领域，尤其涉及三维形貌扫描方法及装置。
背景技术
区域遍历指的是给定待扫描区域，然后规划路径，依次完成整个区域的遍历扫描。区域遍历有很多实现方法和途径，不同的应用场合对遍历区域的要求也不尽相同。常规的区域遍历是规则的，如圆形、矩形、正方形、三角形等区域遍历，但是这些遍历区域有一定的限制，在一些特殊的应用场合不能很好的完成预期的工作任务。
发明内容
针对上述技术问题，本申请实施例提供了一种形貌扫描方法及装置，用以实现复杂区域扫描，克服单一的圆形、矩形区域扫描对扫描任务带来的制约限制，完成自定义非规则的凸多边形区域遍历。
第一方面，本发明实施例提供了一种形貌扫描方法，包括：
确定待扫描区域；
将所述待扫描区域划分为N边形；
将所述N边形分割为S个分割区域；
对所述S个分割区域进行形貌扫描；
其中，所述N边形的任意一个内角小于180度，N是大于等于3的正整数，S小于等于N-1。
进一步的，将所述待扫描区域划分为N边形，具体包括：
将所述待扫描区域转换为数学坐标；
在所述数学坐标上将所述待扫描区域划分为N边形；
其中，所述数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点。
进一步的，分个区域的方法包括：
以所述N边形的每个顶点的横坐标为分割界限，将所述N边形区域沿纵坐标方向分割为S个分割区域；
其中，所述S个分割区域从左到右编号为1到S，且第1个分割区域和第S个分割区域为三角形，其他分割区域为梯形。
进一步的，本申请实施例还提供了所述S个分割区域的顶点坐标确定方法，具体包括：
所述S个分割区域的顶点坐标为(ai,bi)；
所述顶点坐标(ai,bi)在所述N边形上，从最左边的顶点开始，沿顺时针方向，i的编号从1开始依次增加1，i的值为1到2Q，Q＝S+1；
其中，(a1,b1)和(a2Q,b2Q)重叠，均为最左边的顶点；(aQ,bQ)和(aQ+1,bQ+1)重叠，均为最右边的顶点。
进一步的，本申请实施例还提供了每个分割区域的扫描方法，具体可以包括：从最左边的的第1个分割区域开始，从左到右依次对所述S个分割区域分别进行形貌扫描。对于每个分个区域，扫描方法如下，即先向上扫描，再向下扫描：
以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值小的顶点为起点；
横坐标向右步进一次，向上扫描；
若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描；
若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m。
优选的，还可以先向下扫描，再向上扫描，具体的：
以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值大的顶点为起点；
横坐标向右步进一次，向下扫描；
若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描；
若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m。
优选的，判断扫描至所述分割区域的上边界的方法，可以为：当扫描位置的纵坐标大于等于Bs时，确定扫描至所述分割区域的上边界，Bs为扫描位置的横坐标位置对应的分割区域上边界；
优选的，判断扫描至所述分割区域的下边界的方法，可以为：当扫描位置的纵坐标小于等于Bd时，确定扫描至所述分割区域的下边界，Bd为扫描位置的横坐标位置对应的分割区域下边界。
进一步的，当所有的分割区域均扫描完毕时，整个待扫描区域扫描完毕。
优选的，在所述数学坐标上将所述待扫描区域划分为N边形之前，还包括：
以原点为中心，将所述待扫描区域顺时针旋转90度，并确定新的数学坐标x’，y’；其中，所述新的数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点，x’＝-y,y’＝x；x,y为旋转之前的数学坐标。
第二方面，本发明实施例还提供一种形貌扫描系统，用于实现上述形貌扫描方法。
在本发明实施例中，通过本实施例的方法，将待扫描区域进行分割，再分别对每个分割区域进行扫描，解决了三维形貌测量仪对复杂区域扫描测量问题，提高了扫描测量效率，提高了稳定性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种形貌扫描方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供的N边形示意图；
图3为本申请实施例提供的N边形分割方法示意图；
图4为本申请实施例提供的N边形分割区域示意图；
图5为本申请实施例提供的分割区域扫描方法示意图；
图6为本申请实施例提供的5边形示意图；
图7为本申请实施例提供的5边形分割区域示意图；
图8为本申请实施例提供的N边形坐标变换示意图；
图9为本申请实施例提供的形貌扫描系统示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面对文中出现的一些词语进行解释：
1、本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
2、本申请实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
为了解决现有技术中，无法满足特殊区域遍历扫描的问题，本申请提出了一种形貌扫描方法及系统，以实现凸多边形区域快速遍历，完成复杂区域的扫描任务，完成自定义非规则的凸多边形区域遍历，提高测量系统的功能性。
其中，方法和装置是基于同一申请构思的，由于方法和装置解决问题的原理相似，因此装置和方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
下面结合说明书附图对本申请各个实施例进行详细描述。需要说明的是，本申请实施例的展示顺序仅代表实施例的先后顺序，并不代表实施例所提供的技术方案的优劣。
实施例一
参见图1，为本申请实施例提供的一种形貌扫描方法示意图，如图所示，该方法包括：
S101,确定待扫描区域。
S102，将所述待扫描区域划分为N边形。
所述的N边形，可以是用户自定义的不规则N边形，根据待扫描区域的地貌特征来确定。
需要说明的是，所述的N边形是凸N边形，即N边形的任意一个内角小于180度。N的大小由待扫描区域的形状和扫描的精度要求来确定，N大于等于3。一般情况下，N越大，扫描精度越高。
优选的，先将所述待扫描区域转换为数学坐标，再在所述数学坐标上将所述待扫描区域划分为N边形。其中，数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点。
如图2所示，划分得到的N边形，记录N边形的N个顶点坐标。从最左端的顶点开始，沿顺时针方向，N个顶点的坐标依次为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)…(xN,yN)。作为一个示例，如图5所示，将待扫描区域划分为5边形，顶点坐标分别为(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3),(x4,y4),(x5,y5)。
S103，将所述N边形分割为S个分割区域。
以所述N边形的每个顶点的横坐标为分割界限，将所述N边形区域沿纵坐标方向分割为S个分割区域；
其中，所述S个分割区域从左到右编号为1到S，且第1个分割区域和第S个分割区域为三角形，其他分割区域为梯形。
具体的，如图3所示，N边形的N个顶点坐标(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)…(xN,yN)，切割方法包括：
第一步：将顶点坐标以横坐标x从小到大排列，如果两个顶点的横坐标相同，则保留纵坐标值小的顶点坐标，形成S+1个坐标，记为(x’1,y’1),(x’2,y’2),(x’3,y’3)…(x’S+1,y’S+1)，即x’1，x’2，x’3，……，x’S+1从小到大排列；其中，(x’1,y’1)是最左边的顶点，(x’S+1,y’S+1)是最右边的顶点。其中S<＝N-1。
第二步：从(x’2,y’2)开始到(x’S,y’S)，在每个顶点处，沿着纵坐标方向切割，将N边形区域切分为S个区域。
第三步，如图4所示，确定所有分割区域的顶点坐标。具体的，从最左边的顶点开始，沿着N边形区域的顺时针方向，确定所有分割区域的顶点坐标，坐标记为(ai,bi)，i从1到2Q依次增加1，其中(a1,b1)和(a2Q,b2Q)重叠，均为最左边的顶点。第(aQ,bQ)和(aQ+1,bQ+1)重叠，均为最右边的顶点。其中，Q＝S+1。
作为一个典型示例，为便于理解，本实施例提供了5边形切割示例，如图6所示。5边形的的顶点坐标从最左端的顶点开始，沿顺时针方向分别为(1,3)，(3,6)，(6,5)，(7,3)，(4,2)，下面给出分割的步骤。
第一步，将顶点坐标以横坐标x从小到大排列，即(1,3)，(3,6)，(4,2)，(6,5)，(7,3)，共5个顶点；
第二步，如图7所示，从第2个顶点开始到第4个顶点共3个顶点，即(3,6)，(4,2)，(6,5)，沿着纵坐标方向切割，将5边形区域切分为4个区域。其中，第1个区域和第4个区域是三角形，其他区域是梯形；
第三步，如图7所示，从最左边的顶点开始，沿着N边形区域的顺时针方向，确定所有分割区域的顶点坐标共2*(4+1)＝10个顶点，分别为：(1,3)，(3,6)，(4,5.67)，(6,5)，(7,3)，(7,3)，(6,2.67)，(4,2)，(3,2.33)，(1,3)。其中，第1个和第10个顶点重叠，坐标均为(1,3)，第5个和第6个顶点重叠，坐标均为(7,3)。
S104,对所述S个分割区域进行形貌扫描。
扫描的顺序是从最左边的的第1个分割区域开始，从左到右依次对所述S个分割区域分别进行形貌扫描。
优选的，对每个分割区域，扫描方法包括：
步骤A：以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值小的顶点为起点；
步骤B：横坐标向右步进一次，向上扫描；
步骤C：若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描，即执行步骤D；
步骤D：若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描，即执行步骤C；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m，向上扫描是指由纵坐标小到大的方向扫描，向下扫描是指由纵坐标从大到小的方向扫描。
作为另一种优选实施例，对每个分割区域，扫描方法还可以是：
步骤W：以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值大的顶点为起点；
步骤X：横坐标向右步进一次，向下扫描；
步骤Y：若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描，即执行步骤Z；
步骤Z：若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描，即执行步骤Y；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m，向上扫描是指由纵坐标小到大的方向扫描，向下扫描是指由纵坐标从大到小的方向扫描。
优选的，本实施例还提供了判断是否扫描至所述分割区域的上边界的方法，具体的：
当扫描位置的纵坐标大于等于Bs时，确定扫描至所述分割区域的上边界，其中Bs的值通过下列公式确定：
Figure BDA0002355111850000081
其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数，a,b为S103中确定的分割区域的顶点坐标。
优选的，本实施例还提供了判断是否扫描至所述分割区域的下边界的方法，具体的：
当扫描位置的纵坐标小于等于Bd时，确定扫描至所述分割区域的下边界，其中Bd的值通过下列公式确定：
Figure BDA0002355111850000091
其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数，a,b为S103中确定的分割区域的顶点坐标，Q＝S+1。
优选的，本实施例还提供了分割区域是否扫描完毕的方法，具体可以为：若as+m*n≥as+1，则确定所述分割区域扫描完毕，其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数。即当扫描到分割区域的右边界时，本分割区域扫描完毕。
优选的，本实施例还提供了判断整个待扫描区域是否扫描完毕的方法，具体可以为：若第S个分割区域扫描完毕，则待扫描区域扫描完毕。即当所有的S个扫描区域都扫描完毕时，整个待扫描区域扫描完毕。
通过本实施例的方法，将待扫描区域进行分割，再分别对每个分割区域进行扫描，解决了三维形貌测量仪对复杂区域扫描测量问题，提高了扫描测量效率，提高了稳定性和可靠性。
实施例二
如图8所示，本实施例还提供了一种形貌扫描方法。对分割区域的切割方法，除了可以沿着纵坐标方向切割，还可以沿着横坐标的方向切割。为了实现沿着横坐标方向切割，可以将原N边形进行如下变换：
第I步，以原点为中心，将所述待扫描区域顺时针旋转90度；
第II步，确定新的数学坐标x’，y’。其中所述新的数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点，x’＝-y,y’＝x。x,y为旋转之前的数学坐标。
经过变换后，在x’，y’坐标上，按照S103相同的步骤进行分割，并按照S104步骤的方法进行扫描，本实施例不再赘述。
通过本实施例的方法，即可实现在原N边形的横坐标方向切割和扫描。
实施例三
如图9所示，本实施例还提供了一种形貌扫描系统，该扫描系统用于实现上述实施例一或者实施例二所述的方法，达到实施例一或者实施例二相同的效果，本实施例不在赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种形貌扫描方法，其特征在于，该方法包括：
确定待扫描区域；
将所述待扫描区域划分为N边形；
将所述N边形分割为S个分割区域；
对所述S个分割区域进行形貌扫描；
其中，所述N边形的任意一个内角小于180度，N是大于等于3的正整数，S小于等于N-1；
将所述待扫描区域划分为N边形，具体包括：
将所述待扫描区域转换为数学坐标；
在所述数学坐标上将所述待扫描区域划分为N边形；
其中，所述数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点；
将所述N边形分割为S个分割区域，具体包括：
以所述N边形的每个顶点的横坐标为分割界限，将所述N边形区域沿纵坐标方向分割为S个分割区域；
其中，所述S个分割区域从左到右编号为1到S，且第1个分割区域和第S个分割区域为三角形，其他分割区域为梯形；
所述S个分割区域的顶点坐标为(ai,bi)；
所述顶点坐标(ai,bi)在所述N边形上，从最左边的顶点开始，沿顺时针方向，i的编号从1开始依次增加1，i的值为1到2Q，Q＝S+1；
其中，(a1,b1)和(a2Q,b2Q)重叠，均为最左边的顶点；(aQ,bQ)和(aQ+1,bQ+1)重叠，均为最右边的顶点；
对所述S个分割区域进行形貌扫描，具体包括：
从最左边的第1个分割区域开始，从左到右依次对所述S个分割区域分别进行形貌扫描；
所述从左到右依次对所述S个分割区域分别进行形貌扫描，具体包括：
对每个分割区域，按照以下步骤进行形貌扫描：
以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值小的顶点为起点；
横坐标向右步进一次，向上扫描；
若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描；
若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m；
或者对每个分割区域，按照以下步骤进行形貌扫描：
以每个所述分割区域最左端的坐标为起点，若最左端有两个坐标，则以纵坐标值大的顶点为起点；
横坐标向右步进一次，向下扫描；
若扫描至所述分割区域的下边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向上扫描；
若扫描至所述分割区域的上边界，判断所述分割区域是否扫描完毕，若扫描完毕则结束所述分割区域扫描，并开始下一个分割区域扫描；若所述分割区域未扫描完毕，则横坐标向右步进一次，向下扫描；
其中，所述向右步进一次为横坐标向右移动距离m。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扫描至所述分割区域的上边界，具体包括：
当扫描位置的纵坐标大于等于Bs时，确定扫描至所述分割区域的上边界；
其中，Bs的值为：
Figure FDA0003098177700000031
其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扫描至所述分割区域的下边界，具体包括：
当扫描位置的纵坐标小于等于Bd时，确定扫描至所述分割区域的下边界；
其中，Bd的值为：
Figure FDA0003098177700000032
其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述分割区域是否扫描完毕，具体包括：
若as+m*n≥as+1，则确定所述分割区域扫描完毕；
其中，S为分割区域的编号，n为累计向右步进的次数。
5.根据权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，
若第S个分割区域扫描完毕，则待扫描区域扫描完毕。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数学坐标上将所述待扫描区域划分为N边形之前，还包括：
以原点为中心，将所述待扫描区域顺时针旋转90度，并确定新的数学坐标x’，y’；
其中，所述新的数学坐标的原点是扫描系统的初始化零点，x’＝-y,y’＝x；
x,y为旋转之前的数学坐标。
7.一种形貌扫描系统，其特征在于，所述形貌扫描系统用于实现如权利要求1到6之一所述的方法。
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