CN105427248A - 点云拼接处理***及方法 - Google Patents

Abstract

一种点云拼接处理方法，该方法运用于主机中，该主机与旋转台连接，该方法包括如下步骤：将旋转台归零，记录旋转台的零度位置，并发送旋转命令至旋转台，使得旋转台旋转；创建世界坐标系，及在旋转台旋转一定角度后建立用户坐标系，并扫描待测工件以得到点云；将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系；在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。本发明还提供一种点云拼接处理***。利用本发明可以不需要通过贴卷标点的方式进行拼接扫描，节约了扫描时间，提高了扫描的效率和精度。

Description

点云拼接处理***及方法

技术领域

本发明涉及一种点云处理技术，尤其涉及一种点云拼接处理***及方法。

背景技术

在点云扫描技术中，若要扫描完整的产品，需要在不同位置对产品进行扫描，之后将不同位置扫描得到的点云进行拼接，以获得该产品的由点云组成的模型。一般而言，以往的扫描方式是通过贴卷标点的方式进行拼接扫描，操作比较麻烦，需要人工在扫描治具上贴上标签点，然后再将卷标点的位置数据扫入存盘，之后进行卷标点扫描。如此一来，卷标点扫描工序复杂，耗时较长，且效率及精度不高。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种点云拼接处理***，其可以不需要通过贴卷标点的方式进行拼接扫描，节约了扫描时间，提高了扫描的效率和精度。

还有必要提供一种点云拼接处理方法，其可以不需要通过贴卷标点的方式进行拼接扫描，节约了扫描时间，提高了扫描的效率和精度。

一种点云拼接处理***，该***运行于主机中，该主机与旋转台连接，该***包括：初始化模块，用于将旋转台归零，记录旋转台的零度位置，并发送旋转命令至旋转台，使得旋转台旋转；创建模块，用于创建世界坐标系，及在旋转台旋转一定角度后建立用户坐标系，并扫描待测工件以得到点云；计算模块，用于将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系；拼接模块，用于在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。

一种点云拼接处理方法，该方法运用于主机中，该主机与旋转台连接，该方法包括如下步骤：将旋转台归零，记录旋转台的零度位置，并发送旋转命令至旋转台，使得旋转台旋转；创建世界坐标系，及在旋转台旋转一定角度后建立用户坐标系，并扫描待测工件以得到点云；将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系；在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。

相较于现有技术，所述的点云拼接处理***及方法，其可以不需要通过贴卷标点的方式进行拼接扫描，节约了扫描时间，提高了扫描的效率和精度。

附图说明

图1是本发明点云拼接处理***较佳实施例的运行环境示意图。

图2是本发明点云拼接处理***较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明点云拼接处理方法较佳实施例的作业流程图。

图4是本发明世界坐标系和用户坐标系的示意图。

主要元件符号说明

主机	1
		显示设备	2
输入设备	3
		旋转台	4
扫描设备	40
		量测设备	5
点云拼接处理***	10
		存储设备	12
处理器	14
		初始化模块	100
创建模块	102
		计算模块	104

拼接模块

106

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

如图1所示，是本发明点云拼接处理***较佳实施例的运行环境示意图。该点云拼接处理***10运行于一台主机1中，该主机1连接一台显示设备2及输入设备3。该主机1包括存储设备12，至少一个处理器14。所述输入设备3可以为键盘或鼠标。所述主机1为，但不限于，个人计算机、服务器等设备。该主机1还连接有一旋转台4及量测设备5。所述旋转台4包括一个扫描设备40，通过旋转台4的旋转可以使得扫描设备40移动至不同的位置。该扫描设备40为点云扫描机台(例如，结构光三维扫描仪)，该点云扫描机台用于通过一个或多个CCD(图中未示出)在不同角度对量测设备5上的待测工件(图中未示出)进行三维扫描，并计算得到组成待测工件的三维点云。所述旋转台4还用于拍摄量测设备5的二维图片。

在本实施例中，所述点云拼接处理***10以软件程序或指令的形式安装在存储设备12中，并由处理器14执行。在其它实施例中，所述存储设备12可以为主机1外接的存储器。所示存储设备12存储有主机1在不同角度对物体进行拍摄的图片及每张图片对应的点云。

如图2所示，是本发明点云拼接处理***10较佳实施例的功能模块图。该点云拼接处理***10包括初始化模块100、创建模块102、计算模块104及模块106。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此本发明以下对软件描述都以模块描述。

所述初始化模块100用于初始化旋转台4。具体而言，所述初始化旋转台4包括将旋转台4归零，记录旋转台4的零度位置，并发送旋转命令至旋转台4，使得旋转台4旋转到所需的位置。旋转台4归零之后，旋转台4接到所述初始化模块100发送过来的旋转命令之后，旋转台4的角度传感器(未示出)实时监控旋转台4的旋转角度，当旋转台4转动到所需位置之后，所述初始化模块100立即发送停止转动命令，并从旋转台4的角度传感器中获取旋转角度。

所述创建模块102用于创建世界坐标系，及在旋转台4旋转一定角度后建立用户坐标系。具体而言，所述创建世界坐标系的方法如下:以旋转台4旋转中心为坐标原点，垂直于旋转台面为Z轴，与旋转台两边平行的直线为X轴及Y轴建立空间直角坐标系，即为世界坐标系。旋转台4每旋转一个角度θ建立一个用户坐标系，即该用户坐标系为世界坐标系旋转一定角度θ。换句话说，用户坐标系及世界坐标系原点相同。如图4所示，OXYZ为所建立的世界坐标系，OX1Y1Z1为旋转台旋转一定角度θ所建立的用户坐标系。需要说明的是，旋转台4旋转一定角度的位置后，还通过扫描设备4040扫描待测工件，已得到待测工件的点云。

所述计算模块104用于将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系。

具体而言，将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系的方式如下：

定义一个世界坐标系矩阵，该世界坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，该世界坐标系矩阵为： $a1=\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,0,0,0}\\ \mathrm{0,1,0,0}\\ \mathrm{0,0,1,0}\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据旋转角度θ，计算出用户坐标系矩阵，该用户坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，用户坐标系矩阵为： $a2=\left[\begin{array}{c}1*\sin \mathrm{\θ},\mathrm{0,0,0}\\ \mathrm{0,1}*\cos \mathrm{\θ},\mathrm{0,0}\\ \mathrm{0,0,1}*\tan \mathrm{\θ},0\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据用户坐标系矩阵将用户坐标系中的坐标转换成世界坐标系的坐标，转换公式如下：A1＝A2*a2，其中，A1为世界坐标系的坐标，A2为用户坐标系中的坐标。

所述拼接模块106用于在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。具体地说，在世界坐标系下，将所扫描的点云之间的公共部份去掉，以完成所扫描的点云的拼接。

如图3所示，是本发明点云拼接处理方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S10，初始化模块100初始化旋转台4。具体而言，所述初始化包括将旋转台4归零，记录旋转台4的零度位置，并发送旋转命令至旋转台4，使得旋转台4旋转到所需的位置。

旋转台4归零之后，旋转台4接到所述初始化模块100发送过来的旋转命令之后，旋转台4的角度传感器(未示出)实时监控旋转台4的旋转角度，当旋转台4转动到所需位置之后，所述初始化模块100立即发送停止转动命令，并从旋转台4的角度传感器中获取旋转角度。

步骤S20，创建模块102创建世界坐标系，及在旋转台4旋转一定角度后建立用户坐标系。具体而言，所述世界坐标系是以旋转台4旋转中心为坐标原点，垂直于旋转台面为Z轴，与旋转台两边平行的直线为X轴及Y轴。旋转台4每旋转一个角度θ建立一个用户坐标系，该用户坐标系为世界坐标系旋转一定角度θ。换句话说，用户坐标系及世界坐标系原点相同。如图4所示，OXYZ为所建立的世界坐标系，OX1Y1Z1为旋转台旋转一定角度θ所建立的用户坐标系。需要说明的是，旋转台4旋转一定角度的位置后，还通过CCD40扫描待测工件，已得到待测工件的点云。

步骤S30，计算模块104将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系。

具体而言，将所创建用户坐标系转换为世界坐标系的方式如下：

定义一个世界坐标系矩阵，该世界坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，该世界坐标系矩阵为： $a1=\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,0,0,0}\\ \mathrm{0,1,0,0}\\ \mathrm{0,0,1,0}\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据旋转角度，计算出用户坐标系矩阵，该用户坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，用户坐标系矩阵为： $a2=\left[\begin{array}{c}1*\sin \mathrm{\θ},\mathrm{0,0,0}\\ \mathrm{0,1}*\cos \mathrm{\θ},\mathrm{0,0}\\ \mathrm{0,0,1}*\tan \mathrm{\θ},0\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据用户坐标系矩阵将用户坐标系中的坐标转换成世界坐标系的坐标，转换公式如下：A1＝A2*a2，其中，A1为世界坐标系的坐标，A2为用户坐标系中的坐标。

步骤S40，在世界坐标系下，所述拼接模块106对所扫描的点云进行拼接处理。具体地说，在世界坐标系下，并将所扫描的点云之间的公共部份去掉，以完成所扫描的点云的拼接。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种点云拼接处理***，该***运行于主机中，其特征在于，该主机与旋转台连接，该***包括：

初始化模块，用于将旋转台归零，记录旋转台的零度位置，并发送旋转命令至旋转台，使得旋转台旋转；

创建模块，用于创建世界坐标系，及在旋转台旋转一定角度后建立用户坐标系，并扫描待测工件以得到点云；

计算模块，用于将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系；及

拼接模块，用于在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。

2.如权利要求1所述的点云拼接处理***，其特征在于，所述世界坐标系是以旋转台旋转中心为坐标原点，垂直于旋转台面为Z轴，与旋转台两边平行的直线为X轴及Y轴。

3.如权利要求2所述的点云拼接处理***，其特征在于，所述用户坐标系为世界坐标系旋转一定角度得到，所述世界坐标系与用户坐标系原点相同。

4.如权利要求1所述的点云拼接处理***，其特征在于，将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系的方式如下：

定义一个世界坐标系矩阵，该世界坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，该世界坐标系矩阵为： $a1=\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,0,0,0}\\ \mathrm{0,1,0,0}\\ \mathrm{0,0,1,0}\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据旋转角度，计算出用户坐标系矩阵，该用户坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，用户坐标系矩阵为： $a2=\left[\begin{array}{c}1*\sin \mathrm{\θ},\mathrm{0,0,0}\\ \mathrm{0,1}*\cos \mathrm{\θ},\mathrm{0,0}\\ \mathrm{0,0,1}*\tan \mathrm{\θ},0\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据用户坐标系矩阵将用户坐标系中的坐标转换成世界坐标系的坐标，转换公式如下：A1＝A2*a2，其中，A1为世界坐标系的坐标，A2为用户坐标系中的坐标。

5.如权利要求1所述的点云拼接处理***，其特征在于，所述对所扫描的点云进行拼接处理的方式为：在世界坐标系下，并将所扫描的点云之间的公共部份去掉，以完成所扫描的点云的拼接。

6.一种点云拼接处理方法，该方法运用于主机中，其特征在于，该主机与旋转台连接，该方法包括如下步骤：

将旋转台归零，记录旋转台的零度位置，并发送旋转命令至旋转台，使得旋转台旋转；

创建世界坐标系，及在旋转台旋转一定角度后建立用户坐标系，并扫描待测工件以得到点云；

将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系；及

在世界坐标系下，对所扫描的点云进行拼接处理。

7.如权利要求6所述的点云拼接处理方法，其特征在于，所述世界坐标系是以旋转台旋转中心为坐标原点，垂直于旋转台面为Z轴，与旋转台两边平行的直线为X轴及Y轴。

8.如权利要求7所述的点云拼接处理方法，其特征在于，所述用户坐标系为世界坐标系旋转一定角度得到，所述世界坐标系与用户坐标系原点相同。

9.如权利要求6所述的点云拼接处理方法，其特征在于，其特征在于，将所创建的用户坐标系转换为世界坐标系的方式如下：

定义一个世界坐标系矩阵，该世界坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，该世界坐标系矩阵为： $a1=\left[\begin{array}{c}\mathrm{1,0,0,0}\\ \mathrm{0,1,0,0}\\ \mathrm{0,0,1,0}\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据旋转角度，计算出用户坐标系矩阵，该用户坐标系矩阵为一个4行4列的矩阵，用户坐标系矩阵为： $a2=\left[\begin{array}{c}1*\sin \mathrm{\θ},\mathrm{0,0,0}\\ \mathrm{0,1}*\cos \mathrm{\θ},\mathrm{0,0}\\ \mathrm{0,0,1}*\tan \mathrm{\θ},0\\ \mathrm{0,0,0,1}\end{array}\right];$

根据用户坐标系矩阵将用户坐标系中的坐标转换成世界坐标系的坐标，转换公式如下：A1＝A2*a2，其中，A1为世界坐标系的坐标，A2为用户坐标系中的坐标。

10.如权利要求6所述的点云拼接处理方法，其特征在于，所述对所扫描的点云进行拼接处理的方式为：在世界坐标系下，并将所扫描的点云之间的公共部份去掉，以完成所扫描的点云的拼接。