數(shù)據(jù)處理點(diǎn)云處理.doc

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1、非接觸三維掃描測量數(shù)據(jù)的處理研究1　點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理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(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:①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(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)集中篩選出一些比較大的異常點(diǎn).②曲線檢查法.通過截面的首

2、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3~4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[ε]([ε]為給定的允差),則認(rèn)為pi是壞點(diǎn),應(yīng)予以剔除(見圖1).③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‖[ε]([ε]為給定的允差),則認(rèn)為pi是壞點(diǎn),應(yīng)予以剔除.這種方法適合于測量點(diǎn)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(diǎn)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(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

3、萬個點(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)可能無法勝任)和很長的計(jì)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(diǎn),在曲率變化較小的地方保持較少的數(shù)據(jù)點(diǎn).不同類型的點(diǎn)云采用不同的精簡方式.散亂點(diǎn)云可通過隨機(jī)采樣的方法來精簡,而對于掃描線點(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.此外均勻網(wǎng)格法與非均勻網(wǎng)格法也可用來精減點(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),無需改變點(diǎn)的位置,可以很

4、好地保留原始數(shù)據(jù),特別適合簡單零件表面瑕點(diǎn)的快速剔除.由于均勻網(wǎng)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(shí)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(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)體模型的質(zhì)量,因此在構(gòu)建曲面之前需對點(diǎn)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:①平均值濾波.取濾波窗口內(nèi)各數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)平均值來取代原始點(diǎn),從而改變點(diǎn)云的位置,使點(diǎn)云平

5、滑.假設(shè)相鄰的3點(diǎn)分別為,x0,x1和x2,通過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)代表掃描測的點(diǎn),直線所連的點(diǎn)代表平滑后的點(diǎn).②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(shí)體模型的非接觸三維掃描測量,需要對實(shí)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

6、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(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合在一起,即點(diǎn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的拼合對齊,它要求設(shè)計(jì)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(jì)的計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)多片塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼合對齊,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量最常用的多片塊點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼合對齊方法.分塊測量得到的點(diǎn)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

7、最佳匹配規(guī)則,通過坐標(biāo)變換,把部分重疊的兩片點(diǎn)云最優(yōu)地對齊.在工程中較常用的是基于3個基準(zhǔn)點(diǎn)的對齊方法.由于3點(diǎn)可以確定一個平面,因此在測量時,可在不同視圖中建立用于對齊的3個基準(zhǔn)點(diǎn),通過對齊這3個基準(zhǔn)點(diǎn),就能實(shí)現(xiàn)三維測量數(shù)據(jù)的多視點(diǎn)統(tǒng)一。