CN112629432B - 交互式孔位多角度扫描控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交互式孔位多角度扫描控制方法及装置，其中，方法包括：针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域，然后定期遍历各个空间测量区域地执行如下步骤：接收被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据；根据图像数据计算并且存储孔缘数据；对孔缘数据进行在影射空间上投影，对投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息；根据投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据完成度因子进行可视化显示，其中可视化显示符合数值分段特征。

Description

交互式孔位多角度扫描控制方法及装置

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种交互式孔位多角度扫描控制方法及装置。

背景技术

随着计算机技术、自动化技术以及图像处理技术的进步，手持式三维激光扫描仪等图像获取装置发展迅速，并越来越广泛地于机械、汽车、航空、医疗以及文物等行业。现阶段图像获取设备对孔(圆孔、椭圆槽孔、方孔及其他异形孔)扫描测量还处于研发阶段。拍照式孔测量设备根据不同角度拍摄孔位图像，重建得到三维孔位点，拟合得到孔位数据，但是在整个孔位测量过程中用户无法得到孔位拍摄完成度的实时反馈。这导致用户在拍摄角度较少的情况下，重建后得不到较好的孔位结果；并且拍照式孔测量设备对孔扫描测量基于整体对激光线的重建，然后得到单帧数据进行孔拟合，得到的数据十分不稳定，孔位和孔径在多次测量中波动很大，同时激光重建同样存在扫描过程中无法实时提供孔位测量完成度的反馈，导致测量结果无法保证，无法应用于工业领域孔的定位和检测。

发明内容

本发明提供的交互式孔位多角度扫描控制方法、系统及装置，其主要目的在于在扫描过程中增加人机交互性，提醒用户更好地完成测量过程，以获得更准确的测量结果。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提出一种交互式孔位多角度扫描控制方法，包括：针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将所述多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域，然后定期遍历各个空间测量区域地执行如下步骤：接收所述被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据；根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据；对所述当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在所述影射空间上投影，对所述投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息；根据所述当前影射统计区域的投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据所述当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中所述可视化显示符合数值分段特征。

可选地，所述根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据的步骤包括：对所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；对所述有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；根据所述孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。

可选地，所述当前影射统计区域的投影统计信息包括：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度或者函数映射值。

可选地，所述可视化显示符合数值分段特征为：当所述当前空间测量区域测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

可选地，还包括：在所有的所述当前空间的测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。

本发明第二方面提出一种交互式孔位多角度扫描控制装置，包括：规划模块，用于针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将所述多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域：数据接收模块，用于定期遍历各个空间测量区域地接收所述被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据；计算存储模块，用于根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据；投影统计模块，用于对所述当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在所述影射空间上投影，对所述投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息；可视化显示模块，用于根据所述当前影射统计区域的投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据所述当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中所述可视化显示符合数值分段特征。

可选地，所述计算存储模块具体用于：对所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；对所述有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；根据所述孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。

可选地，所述当前影射统计区域的投影统计信息包括：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度或者函数映射值。

可选地，所述可视化显示符合数值分段特征为：当所述当前空间测量区域测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

可选地，还包括提醒模块，所述提醒模块用于在所有的所述当前空间的测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。

本发明第三方面还提出一种交互式孔位多角度扫描控制装置，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1至5任一项所述的交互式孔位多角度扫描控制方法。

与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：通过定期监控各个空间测量区域的测量完成度因子的变化并且进行可视化显示，可以让用户实时地直观的了解到当前测量过程进度并作出是否继续扫描测量的应对措施。该装置具有简便易用，人机交互性好的优点，能够促使用户更高质量地完成扫描测量过程，从而提高整体标记点拼接精度，进而提高最终扫描测量结果的准确度，使得激光扫描更好地应用于工业测量领域。

附图说明

图1为本发明实施例的交互式孔位多角度扫描控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置的使用场景示意图；

图4为本发明实施例的影射统计区域的示意图；

图5为本发明实施例的可视化显示效果的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。

请参阅图1，本发明实施例提供的交互式孔位多角度扫描控制方法，包括以下步骤S100至步骤S500。

S100：针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度。确定影射空间，将多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域。然后定期遍历各个空间测量区域地执行如下步骤S200至S500。

需要说明的是，每个空间测量区域是一个实际生活中的三维空间区域。实际应用中，可以先将整个三维空间划分为x个空间测量区域，并且先确定总共y个测量角度，x和y可以由用户灵活设置，x和y为正整数且y≥x。用户可以预先建立起“x个空间测量区域-y个测量角度”的映射表，保证每个空间测量区域中对应一个或者多个测量角度。还需要说明的是，影射空间为一种虚拟投影屏幕，它可以为立体曲面或者平面，每一个空间测量区域投影得到的是一个影射统计区域，空间测量区域与影射统计区域是二者一一对应的。另外，用户也可以灵活设置“定期”过程的采样周期长度，采样周期越短，控制方法的反馈实时性越好。

S200：接收被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据。其中，被测量孔可以为圆孔、椭圆槽孔、方孔及其他异形孔。此处的图像数据实质上是包含了孔位信息的二维图像。

S300：根据当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储当前空间测量区域对应的孔缘数据。其中，步骤S300具体可以包括：对当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；对有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；根据孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。该实施例的方法具有技术成熟、稳定可靠的优点。可选地，将孔缘数据存储在动态非满八叉树内，具有存储效率高的优点。

S400：对当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在影射空间上投影，对投影结果按照预设规则进行统计以得到当前影射统计区域的投影统计参数。其中，当前影射统计区域的投影统计参数可以为：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度、函数映射值或者其他从空间获取的相关数据。

S500：根据当前影射统计区域的投影统计参数确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中可视化显示符合数值分段特征。其中，可视化显示符合数值分段特征可以是指：在当前空间测量区域的测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

在上述实施例的交互式孔位多角度扫描控制方法中，通过定期监控各个空间测量区域的测量完成度因子的变化并且进行可视化显示，可以让用户实时地直观的了解到当前测量过程进度并作出是否继续扫描测量的应对措施。该装置具有简便易用，人机交互性好的优点，能够促使用户更高质量地完成扫描测量过程，从而提高整体标记点拼接精度，进而提高最终扫描测量结果的准确度，使得激光扫描更好地应用于工业测量领域。

在另一实施例的交互式孔位多角度扫描控制方法中，还包括如下步骤：在所有的当前空间的测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。该实施例的交互式孔位多角度扫描控制方法能够在测量结束阶段发出明确的提示信号，进一步增进了人机交互，避免了用户更多地进行扫描测量，节约了扫描测量的次数和时长，提高了工作效率。

请参阅图2，本发明实施例提供的交互式孔位多角度扫描控制装置，包括以下模块：规划模块100、数据接收模块200、计算存储模块300、投影统计模块400以及可视化显示模块500。

规划模块100用于用于针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域。需要说明的是，每个空间测量区域是一个实际生活中的三维空间区域。实际应用中，可以先将整个三维空间划分为x个空间测量区域，并且先确定总共y个测量角度，x和y可以由用户灵活设置，x和y为正整数且y≥x。用户可以预先建立起“x个空间测量区域-y个测量角度”的映射表，保证每个空间测量区域中对应一个或者多个测量角度。还需要说明的是，影射空间为一种虚拟投影屏幕，它可以为立体曲面或者平面，每一个空间测量区域投影得到的是一个影射统计区域，空间测量区域与影射统计区域是二者一一对应的。

数据接收模块200用于定期遍历各个空间测量区域地接收被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据。其中，被测量孔可以为圆孔、椭圆槽孔、方孔及其他异形孔。图像数据实质上是包含了孔位信息的二维图像。用户可以灵活设置“定期”过程的采样周期长度，采样周期越短，控制方法对用户进行反馈的实时性越好。

计算存储模块300用于根据当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储当前空间测量区域对应的孔缘数据。计算存储模块300具体可以用于：对当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；对有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；根据孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。该实施例的装置具有技术成熟、稳定可靠的优点。可选地，将孔缘数据存储在动态非满八叉树内，具有存储效率高的优点。

投影统计模块400用于对当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在影射空间上投影，对投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息。其中，当前影射统计区域的投影统计参数可以为：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度、函数映射值或者其他从空间获取的相关数据。

可视化显示模块500，用于根据当前影射统计区域的投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中可视化显示符合数值分段特征。其中，可视化显示符合数值分段特征为：在当前空间测量区域测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

在上述实施例的的交互式孔位多角度扫描控制装置中，通过定期监控各个空间测量区域的测量完成度因子的变化并且进行可视化显示，可以让用户实时地直观的了解到当前测量过程进度并作出是否继续扫描测量的应对措施。该装置具有简便易用，人机交互性好的优点，能够促使用户更高质量地完成扫描测量过程，从而提高整体标记点拼接精度，进而提高最终扫描测量结果的准确度，使得激光扫描更好地应用于工业测量领域。

在另一实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置中，还包括提醒模块。提醒模块用于在所有的当前空间测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。该实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置能够在测量结束阶段发出明确的提示信号，进一步增进了人机交互，避免了用户更多地进行扫描测量，节约了扫描测量的次数和时长，提高了工作效率。

为使本领域技术人员更好地理解本发明的方法和装置，下面结合图3至图5列举一个具体实施例进行详细说明。

图3为本发明实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置的使用场景示意图。标号1表示本发明实施例的交互式孔位多角度扫描控制装置。标号2表示图像获取装置，具体设备可以为三维激光扫描仪器。标号3表示被测量物体，标号4表示被测量物体上的孔位，该实施例中该孔位4是一个圆柱形的通孔，俯视该孔呈圆形。图3中还绘制了六条从孔的中心点延伸出的放射虚线，表示针对被测量孔预先将三维空间划分成了六个空间测量区域S1至S6。每个空间测量区域都至少对应一个测量角度。但是出于绘图简便，图3中仅仅绘出了空间测量区域S1和S5各自对应的一个测量角度进行示意(即在对应的位置绘制出一个图像获取装置2)，另外四个空间测量区域所对应的图像获取装置2略去未绘出。该实施例的交互式孔位多角度扫描控制方法的工作过程如下。

首先，交互式孔位多角度扫描控制装置1中的规划模块，将整个三维空间划分为六个空间测量区域S1至S6之后，确定被测量孔截平面为投影空间，然后将六个空间测量区域S1至S6进行从三维空间到投影空间的映射，得到如图4所示的六个影射统计区域S1′至S6′。需要强调的是，图3中的六个空间测量区域S1至S6实质上为三维的，图4中的六个影射统计区域S1′至S6′为二维的。

其次，图像获取装置2获取各个空间测量区域内的至少一个测量角度的图像数据，然后传输给交互式孔位多角度扫描控制装置1中的接收模块。

然后，交互式孔位多角度扫描控制装置1中的计算存储模块对图像数据进行筛选，确定有效图像数据，然后进行二值化处理和梯度分析，然后进一步进行三维重建，确定孔缘数据并存储。该过程的具体数学原理如下：

图像筛选：

if(θ＞δ)保留

if(θ＜＝δ)删除

其中，

为孔的表面法线向量，

为孔中心与图像获取装置中心连线所成的向量。

二值化：

if(g＞Threshold)g＝255

if(g＞Threshold)g＝0

其中，g为灰度，Threshold为二值化灰度阈值。

需要说明的是，以上内容均为本领域通用技术，仅以较简化形式为例。三维重建亦可采用本领域通用技术，不赘述。

然后，交互式孔位多角度扫描控制装置1中的投影统计模块对上述得到的孔缘数据进行在被测量孔截平面的投影，然后分别统计投影落入各个影射统计区域的点数量。例如：将统计空间测量区域S1对应的孔缘数据进行在被测量孔截平面上的投影，然后统计投影落入影射统计区域S1′内部的点数量，记为A1。诸如此类，统计出A1至A6。

最后，根据落入各个影射统计区域内部的点数量A1至A6，确定各个空间测量区域测量完成度因子B1至B6，然后根据B1至B6并进行符合数值分段特征的可视化显示。可以设置可视化显示规则为：空间测量区域测量完成度因子B数值越大，可视化显示颜色越深。表1举例示出了落入影射统计区域内部的点数量A、空间测量区域的测量完成度因子B以及可视化显示效果的对应关系。

表1数值关系对应说明表

影射统计区域的投影统计信息A	空间测量区域测量的完成度因子B	可视化显示效果
			投影落在区域内点数量为0-20个	1级完成度(表示未完成)	浅灰色
投影落在区域内点数量为21-50个	2级完成度(表示半完成)	中灰色
			投影落在区域内点数量大于50个	3级完成度(表示已完成)	深灰色

如图5(a)所示，可以利用六分环形图形来呈现六个空间测量区域的完成度情况，具体地，C1至C6图像块分别用于显示六个空间测量区域S1至S6的测量完成度。图5(b)至图5(f)则表明了随着时间线推进六分环形图形发生显示变化。扫描测量工作初始，多角度测量采样次数较少，投影落入空间测量区域的点数量较少，测量完成度因子也较小，对应显示效果如图5(b)所示，六分环形图大体呈浅色。随着测量工作进行，测量完成得更充分，对应显示效果如图5(f)所示，六分环形图大体呈深色。

优选地，在所有的当前空间测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，即当所有的空间测量区域显示效果都变成深色时，意味着扫描完成，交互式孔位多角度扫描控制装置1中的提醒模块发出测量结束提示信号。

本发明另一实施例还提供的交互式孔位多角度扫描控制装置，包括处理器和存储器；存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；处理器用于根据程序代码中的指令执行本发明任意实施例提供的交互式孔位多角度扫描控制方法。该装置的实施可参照上述方法的过程实现，重复之处不再冗述。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种交互式孔位多角度扫描控制方法，其特征在于，包括：

针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将所述多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域，然后定期遍历各个空间测量区域地执行如下步骤：

接收所述被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据；

根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据；

对所述当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在所述影射空间上投影，对所述投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息；

根据所述当前影射统计区域的投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据所述当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中所述可视化显示符合数值分段特征。

2.根据权利要求1所述的交互式孔位多角度扫描控制方法，其特征在于，所述根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据的步骤包括：

对所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；

对所述有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；

根据所述孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。

3.根据权利要求1所述的交互式孔位多角度扫描控制方法，其特征在于，所述当前影射统计区域的投影统计信息包括：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度或者函数映射值。

4.根据权利要求1所述的交互式孔位多角度扫描控制方法，其特征在于，所述可视化显示符合数值分段特征为：在所述当前空间测量区域测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

5.根据权利要求1所述的交互式孔位多角度扫描控制方法，其特征在于，还包括：

在所有的所述当前空间的测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。

6.一种交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，包括：

规划模块，用于针对被测量孔将三维空间划分为多个空间测量区域，每个空间测量区域内包括至少一个测量角度，确定影射空间，将所述多个空间测量区域一一对应地映射到影射空间上得到多个影射统计区域：

数据接收模块，用于定期遍历各个空间测量区域地接收所述被测量孔在当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据；

计算存储模块，用于根据所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据计算并且存储所述当前空间测量区域对应的孔缘数据；

投影统计模块，用于对所述当前空间测量区域对应的孔缘数据进行在所述影射空间上投影，对所述投影结果按照预设规则进行统计，以得到当前影射统计区域的投影统计信息；

可视化显示模块，用于根据所述当前影射统计区域的投影统计信息确定当前空间测量区域的测量完成度因子，根据所述当前空间测量区域的测量完成度因子进行可视化显示，其中所述可视化显示符合数值分段特征。

7.如权利要求6所述的交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，所述计算存储模块具体用于：

对所述当前空间测量区域所包括的至少一个测量角度的图像数据进行筛选，得到有效图像数据；

对所述有效图像数据进行二值化处理和梯度分析，确定孔缘数据点二维数据；

根据所述孔缘数据点二维数据重建三维形式的孔缘数据并进行存储。

8.如权利要求6所述的交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，所述当前影射统计区域的投影统计信息包括：投影落入当前影射统计区域的点数量、投影落入当前影射统计区域的点密度或者函数映射值。

9.如权利要求6所述的交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，所述可视化显示符合数值分段特征为：在所述当前空间测量区域测量完成度因子落入不同的数值段的情况下，进行不同颜色或不同亮度的可视化显示。

10.如权利要求6所述的交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，还包括提醒模块，所述提醒模块用于在所有的所述当前空间的测量区域测量完成度因子均大于等于预设阈值的情况下，发出测量结束提示信号。

11.一种交互式孔位多角度扫描控制装置，其特征在于，包括处理器和存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1至5任一项所述的交互式孔位多角度扫描控制方法。

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