[发明专利]离散点云整合系统及方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种点云处理系统及方法，尤其是涉及一种对多次扫描同一物体所得到的离散点云加以整合的系统及方法。

背景技术

逆向工程是相对于正向工程而言，所谓正向工程是指已有产品的设计图纸，然后按图纸加工出产品实物。而逆向工程是由高速三维激光扫描器对已有的实物(样品或模型)进行准确、高速的扫描，获取实物的点云数据，根据所获点云数据构建三维数字模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。

利用激光扫描器对同一物体进行扫描，一般不能一次性扫描完，要获取物体完整的点云数据集合，通常需要从不同角度对物体进行扫描(多视角数据采集)，再通过一些方法把这些多次扫描所获取的离散点云通过对齐复位恢复其原有的相互之间空间位置关系，合并成一个的完整的点云，以获取物体表面较完整的三维信息。

目前产业界的此类方法存在着对采集过程的特殊要求，或着精密复杂的位移装置等方面的严格控制。如通过产品的特征(产品上的点线面之类)进行定位的方法：在产品上预设标记点，根据扫描所得的每两组不同视角三维数据中共有的一定数目的标记点位置的关系，确定各视角之间坐标转换关系。但多次定位会产生较大的误差。而精度高的操作又很麻烦。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种离散点云整合系统，将多次扫描物体所获取的离散点云通过对齐复位恢复其原有的相互之间空间位置关系，合并成一个的完整的点云，以获取物体表面较完整的三维信息。

此外，还有必要提供一种离散点云整合方法，将多次扫描物体所获取的离散点云通过对齐复位恢复其原有的相互之间空间位置关系，合并成一个的完整的点云，以获取物体表面较完整的三维信息。

一种离散点云整合系统，该系统包括计算机、与该计算机相连的扫描器及放置扫描物体的治具，所述治具上有三个小球。所述计算机包括：点云获取模块，用于获取扫描器扫描物体每一面所得的物体的点云以及对应于该每一面的治具上三个小球的点云；球拟合模块，用于根据扫描物体每一面所得的三个小球的点云分别拟合出一组小球；计算模块，用于计算各组拟合小球中每个小球的位置，以及计算各组拟合小球中每两个小球之间的距离；匹配模块，用于以物体的某一面为基准面，以扫描该面得到的拟合小球为基准小球，找到其它面中与该面各个小球相匹配的小球；及对齐模块，用于将扫描物体其它面所得到的各组拟合小球根据匹配关系经过平移、旋转变换对齐到作为基准的拟合小球所在的位置，得到对齐过程中的变换矩阵，并以扫描物体基准面得到的物体的点云为基准点云，根据所得到的变换矩阵将扫描物体各面得到的点云对齐到该基准点云所在的位置，得到物体完整的点云。

一种离散点云整合方法，该方法包括以下步骤：(A)将待扫描物体固定于可翻转且含有三个小球的治具上；(B)翻转治具扫描该物体的所有面，在扫描该物体每一面的同时，将治具上的三个小球扫描一次；(C)获取扫描该物体各面得到的该物体的点云，及扫描物体该面得到的治具上三个小球的点云；(D)根据扫描物体每一面所得的三个小球的点云分别拟合出一组小球；(E)计算每一组拟合小球中各小球的位置，并计算各组拟合小球中每两个小球之间的距离；(F)以物体的某一面为基准面，以扫描物体该面得到的拟合小球为基准小球，找到其它面中与该面各小球相匹配的小球；(G)将扫描物体其它面所得到的各组拟合小球根据匹配关系经过平移、旋转变换对齐到作为基准的拟合小球所在的位置，得到对齐过程中的变换矩阵；及(H)以扫描物体基准面得到的物体的点云为基准点云，根据所得到的变换矩阵将扫描物体各面得到的点云对齐到该基准点云，得到物体完整的点云。

相较于现有技术，本发明提供的离散点云整合系统及方法利用三个小球将多次扫描物体所获取的离散点云对齐复位，恢复其原有的相互之间空间位置关系，整合成物体的完整的点云，操作简单，精度高。

附图说明

图1是本发明离散点云整合系统较佳实施例的硬件架构图。

图2是图1中计算机的功能模块图。

图3是本发明离散点云整合方法较佳实施例的流程图。

图4(A)、图4(B)、图4(C)是两组拟合小球对齐过程不同阶段的示意图。

具体实施方式

如图1所示，是本发明离散点云整合系统较佳实施例的硬件架构图。该系统主要包括治具10、扫描器(本实施例为激光扫描器20)和计算机30。