[发明专利]点群数据处理装置、点群数据处理方法和点群数据处理程序

说明书

技术领域

本发明涉及点群数据处理装置，尤其涉及从测定对象物的点群数据中抽取其特征、自动且短时间地生成三维形状的点群数据处理装置。

背景技术

作为由测定对象物的点群数据生成三维形状的方法，有连结邻接点而形成多边形的方法。但是，为了对点群数据的数万～数千万的点形成多边形，会花费庞大的处理时间，使用不便。因此，公开有从点群数据中仅抽取三维特征(边缘或面)而自动生成三维折线(polyline)的技术(例如专利文献1～3)。

在专利文献1记载的发明中，扫描激光装置扫描三维对象，生成点云(point cloud、点群)。基于扫描点所涉及的深度与法线的变化，将点云分割成边缘点与非边缘点的群。通过使各群拟合(fit)于几何学原图，使拟合后的几何学原图扩展、交叉，从而生成三维形状。

在专利文献2记载的发明中，由点群数据形成区段(三角多边形)，基于邻接的多边形彼此的连续性、法线方向、或距离，抽取边缘和面。另外，使用最小二乘法，将各区段的点群数据的平面性或曲面性置换成平面方程式或曲面方程式，进行分群，生成三维形状。

在专利文献3记载的发明中，对三维点群数据设定二维矩形区域，求出对应于该矩形区域的测定点的合成法线矢量。旋转移动矩形区域内的全部测量点，以使合成法线矢量与Z轴方向一致。对矩形区域内的各测量点求出Z值的标准偏差σ，在标准偏差σ超过规定值的情况下，将与矩形区域的中心点对应的测量点作为噪音处理。

专利文献1：日本特表2000-509150号公报；

专利文献2：日本特开2004-272459号公报；

专利文献3：日本特开2005-024370号公报。

发明内容

鉴于这种背景，本发明目的在于提供一种从测定对象物的点群数据中抽取其特征、自动且短时间地生成三维形状的技术。

权利要求1记载的发明是一种点群数据处理装置，其特征在于，具备：非面去除部，从测定对象物的点群数据中去除非面区域的点；面标注部，对于由所述非面去除部去除的点以外的点，将同一标签赋予同一面上的点；三维边缘抽取部，基于由所述面标注部区分的面彼此的交线和呈凸状将面包围的凸包线的至少一个，抽取三维边缘；二维边缘抽取部，从由所述面标注部区分的面内，抽取二维边缘；和边缘统合部，统合所述三维边缘与所述二维边缘。

根据权利要求1记载的发明，能够从测定对象物的点群数据中抽取其特征，自动且短时间地生成三维形状。另外，所谓测定对象物的特征主要由构成立体的三维边缘与构成平面和曲面(下面简称为面)内的图案的二维边缘构成。三维边缘是位置和方向不同的面彼此的交线和各面的外缘，二维边缘是在同一面内色浓度急剧变化的线或点。这里，三维边缘构成测定对象的轮廓线。所谓轮廓线是指为视觉上把握测定对象物的外观所需的、形成该测定对象物的外形的线的集合体(outline：轮廓线)。具体地，弯曲的部分和曲率急剧变小的部分成为轮廓线。轮廓线不限于仅以外侧轮廓的部分为对象，以凸状凸出的部分为特征的缘的部分或以凹状收进去的部分(例如沟构造的部分)为特征的缘的部分也成为对象。由轮廓线可得到所谓线图，能够进行容易把握对象物的外观的图像显示。实际的轮廓线存在于面与面的边界或边缘部分，但在本发明中，这些部分因为作为非面区域从点群数据中去除，所以例如通过算出所区分的面彼此的交线或凸包线来求出轮廓线。

权利要求2记载的发明特征在于：在权利要求1记载的发明中，还具备法线算出部，求出以所述点群数据的各点为中心的局部平面，算出所述局部平面的法线。

根据权利要求2记载的发明，能够基于点群数据的各点上的法线方向，抽取同一面上的点，按每个面区分点群数据的点。

权利要求3记载的发明特征在于：在权利要求2记载的发明中，还具备局部曲率算出部，求出所述法线的3个轴分量的标准偏差，得到所述标准偏差的平方和的平方根，从而算出局部曲率。

根据权利要求3记载的发明，能够基于点群数据的各点上法线的差异(局部曲率)，去除非面区域的点。

权利要求4记载的发明特征在于：在权利要求3记载的发明中，所述非面去除部基于所述局部曲率，去除非面区域的点。

根据权利要求4记载的发明，能够去除由于面的方向变化而产生的尖锐的三维边缘、或由于局部曲率大的曲面而产生的平滑的三维边缘、或包含噪音的非面区域的点。

权利要求5记载的发明特征在于：在权利要求2记载的发明中，所述非面去除部基于所述局部平面的拟合精度，去除非面区域的点。