非接觸三維掃描測量數(shù)據(jù)的處理研究

1、非接觸三維掃描測量數(shù)據(jù)的處理研究 數(shù)據(jù)處理點云處理點云數(shù)據(jù)的處理1.1噪聲點的剔除和失真點的查找.在非接觸三維掃描測量過程中,受測量方式、被測量物體材料性質(zhì)、外界干擾等因素的影響,不可避免地會產(chǎn)生誤差很大的點(噪聲點)和失真點(跳點).因此在數(shù)據(jù)處理的第一步,就應(yīng)利用相關(guān)專用軟件所提供的去噪聲點功能除去那些誤差大的噪聲點和找出可能存在的失真點3.失真點的查找需要一定的技巧和經(jīng)驗,下面介紹3種方法供大家參考:直觀檢查法.通過圖形顯示終端,用肉眼直接將與截面數(shù)據(jù)點集偏離較大的點或存在于屏幕上的孤點剔除.這種方法適合于數(shù)據(jù)的初步檢查,可從數(shù)據(jù)點集中篩選出一些比較大的異常點.曲線檢查法.通過截面的首末

2、數(shù)據(jù)點,用最小二乘法擬合得到一條樣條曲線,曲線的階次可根據(jù)曲面截面的形狀決定,通常為34階,然后分別計算中間數(shù)據(jù)點pi到樣條曲線的距離e,如果e大于等于(為給定的允差),則認(rèn)為pi是壞點,應(yīng)予以剔除(見圖1).弦高差方法.連接檢查點的前后2點,計算中間數(shù)據(jù)點pi到弦的距離e,如果e(為給定的允差),則認(rèn)為pi是壞點,應(yīng)予以剔除.這種方法適合于測量點均勻且較密集的場合,特別是在曲率變化較大的位置(見圖2).圖1曲線檢查法剔除壞點圖2弦高差方法1.2數(shù)據(jù)精簡.非接觸三維掃描測量的突出特點是點云十分密集,數(shù)據(jù)量極其龐大(在1m2的范圍內(nèi)有數(shù)十萬個點).若將如此龐大的數(shù)據(jù)量直接用于曲面構(gòu)建不僅需要巨大

3、的計算機(jī)資源(普通微機(jī)可能無法勝任)和很長的計算時間,而且整個處理過程也將變得難以控制,更何況并非所有的測試數(shù)據(jù)對曲面的構(gòu)建都有用.因此,有必要在保證一定精度的前提下,對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡.數(shù)據(jù)精簡的原則是在掃描曲率較大的地方保持較多的數(shù)據(jù)點,在曲率變化較小的地方保持較少的數(shù)據(jù)點.不同類型的點云采用不同的精簡方式.散亂點云可通過隨機(jī)采樣的方法來精簡,而對于掃描線點云和多邊形點云可采用等間距、倍率、等量及弦偏差等方法進(jìn)行精減.此外均勻網(wǎng)格法與非均勻網(wǎng)格法也可用來精減點云數(shù)據(jù).其中均勻網(wǎng)格法只需選取其中的某些點,無需改變點的位置,可以很好地保留原始數(shù)據(jù),特別適合簡單零件表面瑕點的快速剔除.由于均勻網(wǎng)

4、格法沒有考慮被測物體的表面形狀特征,因此它不適合對形狀復(fù)雜的重要工程部件測試數(shù)據(jù)的處理.與之相反,非均勻網(wǎng)格法可以根據(jù)被測工程部件外部形狀特征的實際需要來確定網(wǎng)格的疏密,因此它可在保證后繼曲面構(gòu)建精度的前提下減少數(shù)據(jù)量,這在處理尺寸變化較大的自由形體方面顯得十分有效.1.3數(shù)據(jù)的平滑處理.點云數(shù)據(jù)中的隨機(jī)誤差將影響到后續(xù)曲面的構(gòu)建及生成三維實體模 型的質(zhì)量,因此在構(gòu)建曲面之前需對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑濾波處理.常用的平滑濾波處理有如下2種方式:平均值濾波.取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點的統(tǒng)計平均值來取代原始點,從而改變點云的位置,使點云平滑.假設(shè)相鄰的3點分別為,x0,x1和x2,通過平均值濾波法平滑得到新點

5、,x1,x1=(x0+x1+x2)/3,如圖3所示,其中虛線所連點代表掃描測的點,直線所連的點代表平滑后的點.高斯濾波.高斯濾波是一種在指定域內(nèi)濾除高頻噪聲的濾波方法,其特點是在指定域內(nèi)的權(quán)函數(shù)為高斯分布.由于高斯濾波的平均效果較小,因此它能較好地保持測試數(shù)據(jù)的原貌,是一種常用的濾波方法,如圖4所示.圖3平均值濾波法圖4高斯濾波法1.4數(shù)據(jù)拼合對齊.為完成對整個實體模型的非接觸三維掃描測量,需要對實體模型從各個視覺進(jìn)行分塊測量.由于在測量不同區(qū)域時,都是在測量位置對應(yīng)的局部坐標(biāo)系下進(jìn)行的,因此多次測量所對應(yīng)的局部坐標(biāo)系并不一致,所以必須把各次測量對應(yīng)的局部坐標(biāo)系統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系,并消除相鄰2次測量間的重疊部分,以得到被測物體表面的完整數(shù)據(jù).這就需要將分塊測量所得到的多片點云數(shù)據(jù)拼合在一起,即點云數(shù)據(jù)的拼合對齊,其處理方法有2種:一是通過專用的測量裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)的拼合對齊,它要求設(shè)計一個自動工件移動轉(zhuǎn)換平臺,用來直接記錄工件在測量過程的移動量和轉(zhuǎn)動角度;二是用專門設(shè)計的計算機(jī)軟件實現(xiàn)多片塊點云數(shù)據(jù)的拼合對齊,從而實現(xiàn)原型的再構(gòu),這是現(xiàn)在非接觸三維掃描測量最常用的多片塊點云數(shù)據(jù)拼合對齊方法.分塊測量得到的點云數(shù)據(jù)?？煽醋魇且粋€剛體.數(shù)據(jù)對齊可以歸結(jié)為三維剛體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題,即根據(jù)一些預(yù)先指定的最佳匹配規(guī)則,通過坐標(biāo)變換,把部分重疊的兩片點云最優(yōu)地