非接觸三維掃描測(cè)量數(shù)據(jù)的處理研究

1、膀非接觸三維掃描測(cè)量數(shù)據(jù)的處理研究膁肅肄數(shù)據(jù)處理點(diǎn)云處理膂艿 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理蒅 1.1 噪聲點(diǎn)的剔除和失真點(diǎn)的查找 .在非接觸三維掃描測(cè)量過(guò)程中 ,受測(cè)量方式、被測(cè)量物體材料性質(zhì)、外界干擾等因素的影響 ,不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差很大的點(diǎn) (噪聲點(diǎn) )和失真點(diǎn) (跳點(diǎn) ).因此在數(shù)據(jù)處理的第一步 ,就應(yīng)利用相關(guān)專(zhuān)用軟件所提供的去噪聲點(diǎn)功能除去那些誤差大的噪聲點(diǎn)和找出可能存在的失真點(diǎn) 3. 失真點(diǎn)的查找需要一定的技巧和經(jīng)驗(yàn) ,下面介紹 3 種方法供大家參考 :直觀檢查法 .通過(guò)圖形顯示終端,用肉眼直接將與截面數(shù)據(jù)點(diǎn)集偏離較大的點(diǎn)或存在于屏幕上的孤點(diǎn)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(diǎn)集中

2、篩選出一些比較大的異常點(diǎn) .曲線檢查法 .通過(guò)截面的首末數(shù)據(jù)點(diǎn) ,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(jì)算中間數(shù)據(jù)點(diǎn)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(diǎn) ,應(yīng)予以剔除 (見(jiàn)圖1).弦高差方法 .連接檢查點(diǎn)的前后 2 點(diǎn),計(jì)算中間數(shù)據(jù)點(diǎn) pi 到弦的距離e如,果e( 為給定的允差 ),則認(rèn)為 pi 是壞點(diǎn) ,應(yīng)予以剔除 .這種方法適合于測(cè)量點(diǎn)均勻且較密集的場(chǎng)合 ,特別是在曲率變化較大的位置 (見(jiàn)圖 2).螅芃 圖 1 曲線檢查法剔除壞點(diǎn)莇膈圖 2 弦高差方法蒅 1.2 數(shù)據(jù)精簡(jiǎn) .非

3、接觸三維掃描測(cè)量的突出特點(diǎn)是點(diǎn)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(wàn)個(gè)點(diǎn) ).若將如此龐大的數(shù)據(jù)量直接用于曲面構(gòu)建不僅需要巨大的計(jì)算機(jī)資源 (普通微機(jī)可能無(wú)法勝任 )和很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間 ,而且整個(gè)處理過(guò)程也將變得難以控制 ,更何況并非所有的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)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(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn) .數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)的原則是在掃描曲率較大的地方保持較多的數(shù)據(jù)點(diǎn) ,在曲率變化較小的地方保持較少的數(shù)據(jù)點(diǎn) .不同類(lèi)型的點(diǎn)云采用不同的精簡(jiǎn)方式 .散亂點(diǎn)云可通過(guò)隨機(jī)采樣的方法來(lái)精簡(jiǎn) ,而對(duì)于掃描線點(diǎn)云和多邊形點(diǎn)云可采用等間距、倍率、等量及弦偏差等方法進(jìn)行精減 .此

4、外均勻網(wǎng)格法與非均勻網(wǎng)格法也可用來(lái)精減點(diǎn)云數(shù)據(jù) .其中均勻網(wǎng)格法只需選取其中的某些點(diǎn) ,無(wú)需改變點(diǎn)的位置 ,可以很好地保留原始數(shù)據(jù) ,特別適合簡(jiǎn)單零件表面瑕點(diǎn)的快速剔除 .由于均勻網(wǎng)格法沒(méi)有考慮被測(cè)物體的表面形狀特征 ,因此它不適合對(duì)形狀復(fù)雜的重要工程部件測(cè)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(cè)工程部件外部形狀特征的實(shí)際需要來(lái)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 .肀 1.3 數(shù)據(jù)的平滑處理 .點(diǎn)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(shí)體模螀薈芅膂袈羇螂 型的質(zhì)量 ,因此在構(gòu)建曲面之前需對(duì)點(diǎn)

5、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(diǎn)的統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)取代原始點(diǎn),從而改變點(diǎn)云的位置,使點(diǎn)云平滑 .假設(shè)相鄰的3 點(diǎn)分別為 ,x0,x1 和 x2,通過(guò)平均值濾波法平滑得到新點(diǎn),x 1,x 1=(x0+x1+x2)/3,如圖 3 所示 ,其中虛線所連點(diǎn)代表掃描測(cè)的點(diǎn),直線所連的點(diǎn)代表平滑后的點(diǎn).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(diǎn)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(cè)試數(shù)據(jù)的原貌,是一種常用的濾波方法 ,如圖 4 所示 .膃膁 圖 3 平均值濾波法蒆蒂 圖 4 高

6、斯濾波法羀 1.4 數(shù)據(jù)拼合對(duì)齊 .為完成對(duì)整個(gè)實(shí)體模型的非接觸三維掃描測(cè)量,需要對(duì)實(shí)體模型從各個(gè)視覺(jué)進(jìn)行分塊測(cè)量.由于在測(cè)量不同區(qū)域時(shí),都是在測(cè)量位置對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)系下進(jìn)行的,因此多次測(cè)量所對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)系并不一致 ,所以必須把各次測(cè)量對(duì)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(cè)量間的重疊部分 ,以得到被測(cè)物體表面的完整數(shù)據(jù) .這就需要將分塊測(cè)量所得到的多片點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合在一起 ,即點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼合對(duì)齊 ,其處理方法有 2 種:一是通過(guò)專(zhuān)用的測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拼合對(duì)齊 ,它要求設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)工件移動(dòng)轉(zhuǎn)換平臺(tái) ,用來(lái)直接記錄工件在測(cè)量過(guò)程的移動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)角度 ;二是用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)軟件實(shí)

7、現(xiàn)多片塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼合對(duì)齊 ,從而實(shí)現(xiàn)原型的再構(gòu) ,這是現(xiàn)在非接觸三維掃描測(cè)量最常用的多片塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合對(duì)齊方法 .分塊測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)?？煽醋魇且粋€(gè)剛體 .數(shù)據(jù)對(duì)齊可以歸結(jié)為三維剛體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題 ,即根據(jù)一些預(yù)先指定的最佳匹配規(guī)則 ,通過(guò)坐標(biāo)變換 , 把部分重疊的兩片點(diǎn)云最優(yōu)地對(duì)齊 .在工程中較常用的是基于 3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的對(duì)齊方法 .由于 3 點(diǎn)可以確定一個(gè)平面 ,因此在測(cè)量時(shí) ,可在不同視圖中建立用于對(duì)齊的 3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn) ,通過(guò)對(duì)齊這 3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn) ,就能實(shí)現(xiàn)三維測(cè)量數(shù)據(jù)的多視點(diǎn)統(tǒng)一。以下無(wú)正文僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。 , .For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen f r Studien, Forschung, zu kommerziell