TW201518970A - 量測設備離線點雲模擬系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種量測設備離線點雲模擬系統，該系統用於：獲取掃描設備對量測設備進行全部掃描所得到的三維點雲；對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面；獲取掃描設備對量測設備拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備的三維模型；在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件。

Description

量測設備離線點雲模擬系統及方法

本發明涉及一種點雲處理技術，尤其涉及一種量測設備離線點雲模擬系統及方法。

量測設備的離線編程一般透過導入理論設計圖（即CAD圖檔）的方式進行編程，但由於理論設計圖和量測設備的實際尺寸上一般有比較大的誤差，這樣編寫出來的量測設備的三座標程式或透過它進行碰撞檢測等會有很大的安全隱患。

鑒於以上內容，有必要提供一種量測設備離線點雲模擬系統及方法，其可以透過對量測設備的掃描得到量測設備的三維模型，減少了誤差，降低了量測設備在進行碰撞檢測時的安全風險，提高了量測精度。

一種量測設備離線點雲模擬系統，該系統運行於主機中，該系統包括：獲取模組，用於獲取掃描設備對量測設備進行全部掃描所得到的三維點雲；三角網格化模組，用於對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面；所述獲取模組，還用於獲取掃描設備對量測設備拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備的三維模型；定義模組，用於在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。

一種量測設備離線點雲模擬方法，該方法運用於主機中，該方法包括如下步驟：獲取掃描設備對量測設備進行全部掃描所得到的三維點雲；對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面；獲取掃描設備對量測設備拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備的三維模型；在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。

相較於習知技術，所述的量測設備離線點雲模擬系統及方法，其可以透過對量測設備的掃描得到量測設備的三維模型，減少了誤差，降低了量測設備在進行碰撞檢測時的安全風險，提高了量測精度。

圖1係本發明量測設備離線點雲模擬系統較佳實施例的運行環境示意圖。

圖2係本發明量測設備離線點雲模擬系統較佳實施例的功能模組圖。

圖3係本發明量測設備離線點雲模擬方法較佳實施例的作業流程圖。

圖4係本發明點雲中三角網格化的示意圖。

如圖1所示，係本發明量測設備離線點雲模擬系統較佳實施例的運行環境示意圖。該量測設備離線點雲模擬系統10運行於一台主機1中，該主機1連接一台顯示設備2及輸入設備3。該主機1包括儲存設備12，至少一個處理器14。所述輸入設備3可以為鍵盤或滑鼠。所述主機1為，但不限於，個人電腦、伺服器等設備。該主機1還連接有一掃描設備4及量測設備5。所述掃描設備4為點雲掃描機台（例如，結構光三維掃描器），該點雲掃描機台用於透過一個或多個CCD（圖中未示出）在不同角度對量測設備5進行三維掃描，並計算得到組成量測設備5的三維點雲。所述掃描設備4還用於拍攝量測設備5的二維圖片。

在本實施例中，所述量測設備離線點雲模擬系統10以軟體程式或指令的形式安裝在儲存設備12中，並由處理器14執行。在其他實施例中，所述儲存設備12可以為主機1外接的記憶體。所示儲存設備12儲存有主機1在不同角度對物體進行拍攝的圖片及每張圖片對應的點雲。

如圖2所示，係本發明量測設備離線點雲模擬系統10較佳實施例的功能模組圖。該量測設備離線點雲模擬系統10包括獲取模組100、三角網格化模組102及定義模組104。本發明所稱的模組是完成一特定功能的電腦程式段，比程式更適合於描述軟體在電腦中的執行過程，因此本發明以下對軟體描述都以模組描述。

所述獲取模組100用於獲取掃描設備4對量測設備5進行全部掃描所得到的三維點雲。具體而言，所述掃描設備4對所述量測設備5中的所有部件進行掃描，之後得到組成量測設備5的三維點雲。在某些情況下，需要對量測設備5進行拆卸，分別對組成量測設備5的所有部件進行掃描。

所述三角網格化模組102用於對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面。具體而言，所述三維點雲中的任意三個點進行連線組成三角形，所組成的三角形滿足兩個條件，條件一，該三角形的外接圓內不能包含其他點；條件二，該三角形的向量與臨近三角形的向量的夾角不能超過預設的曲率閥值（例如，90度）。組成三角形的方式如下：取三維點雲中任意一點為基準，找與該基準點距離最近的第二點，距離要小於預設的距離閥值，之後第一點與第二點連成線，找連線臨近的第三點，該三點連成的三角形外接圓中不包含點雲中的其他點（即除了組成三角形的三點之外的其他點）。如圖4所示，取三維點雲中的任意點q0，找到距離最近的點q1，q0與q1連線，並尋找與q0與q1連線臨近的第三點為q2，由點q0、q1及q2組成的三角形的外接圓中不能包含其他點雲中的其他點（而圖中由點q0、q3及q4組成的三角形的外接圓中包括點q5，則該三角形不合格），之後計算該三角形的向量及所有與該三角形相鄰的三角形的向量（有共同的三角邊即為相鄰的三角形，例如，圖4中與該三角形相鄰三角形為q0、q2及q3組成的三角形，共同的邊為點q0到q2連線），並分別計算該三角形的向量與所有該三角形相鄰的三角形的向量的夾角，若所計算的夾角中有一個夾角大於預設的曲率閥值（例如，90度），則該三角形不合格，捨棄該三角形，然後重新尋找該三角形臨近的第三點，以此為邏輯，直到找到合適的第三點所組成的三角形。

需要說明的是，由於三維點雲在進行三角網格化後有大量的三角形，為了簡化計算，可以精簡一些三角形，即將一些三角形去除，以簡化計算，提高運算效率。精簡的原則是，曲率大的三角形保留的多（例如，曲率為70度到90度的三角形，全部保留），曲率小的三角形保留的少（例如，曲率為0度到10度的三角形，隨機選擇保留百分之三十的三角形）。

所述獲取模組100還用於獲取掃描設備4對量測設備5拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備5的三維模型。

所述定義模組104用於在量測設備5的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。具體而言，根據移動部件的座標（從量測設備5中獲取）找到移動部件在三維模型中的模擬圖形，並用不同的顏色標示出來，當在主機1中運行該三維模型時，根據移動部件的移動範圍（移動部件在三維座標中的移動範圍），在三維模型中移動所述移動部件對應的模擬圖形。所述移動部件是指量測設備5用於測試的能夠移動的部件，例如，測量桿、探頭等部件。需要說明的是，所述在量測設備5的三維模型中定義進行量測的移動部件之後，用戶可以直接透過三維模型模擬量測設備5對待測物件進行模擬測試。

如圖3所示，係本發明量測設備離線點雲模擬方法較佳實施例的作業流程圖。

步驟S10，所述獲取模組100從掃描設備4對量測設備5進行全部掃描所得到的三維點雲。具體而言，所述掃描設備4對所述量測設備5中的所有部件進行掃描，之後得到組成量測設備5的三維點雲。在某些情況下，需要對量測設備5進行拆卸，分別對組成量測設備5的部件進行掃描。

步驟S20，所述三角網格化模組102對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面。具體而言，所述三維點雲中的任意三個點進行連線組成三角形，所組成的三角形滿足兩個條件，條件一，該三角形的外接圓內不能包含其他點；條件二，該三角形的向量與臨近三角形的向量的夾角不能超過預設的曲率閥值（例如，90度）。組成三角形的方式如下：取三維點雲中任意一點為基準，找與該基準點距離最近的第二點，距離要小於預設的距離閥值，之後第一點與第二點連成線，找連線臨近的第三點，該三點連成的三角形外接圓中不包含點雲中的其他點（即除了組成三角形的三點之外的其他點）。如圖4所示，取三維點雲中的任意點q0，找到距離最近的點q1，q0與q1連線，並尋找與q0與q1連線臨近的第三點為q2，由點q0、q1及q2組成的三角形的外接圓中不能包含其他點雲中的其他點，之後計算該三角形的向量及所有與該三角形相鄰的三角形的向量（有共同的三角邊即為相鄰的三角形，例如，圖4中與該三角形相鄰三角形為q0、q2及q3組成的三角形，共同的邊為點q0到q2連線），並分別計算該三角形的向量與所有該三角形相鄰的三角形的向量的夾角，若所計算的夾角中有一個夾角大於預設的曲率閥值（例如，90度），則該三角形不合格，捨棄該三角形，然後重新尋找該三角形臨近的第三點，以此為邏輯，直到找到合適的第三點所組成的三角形。

需要說明的是，由於三維點雲在進行三角網格化後有大量的三角形，為了簡化計算，可以精簡一些三角形，即將一些三角形去除，以簡化計算，提高運算效率。精簡的原則是，曲率在第一預設範圍的三角形保留第一預設比例，曲率在第二預設範圍的三角形保留第二預設比例，第一預設範圍中的數值大於第二預設範圍中的數值，第一預設比例大於第二預設比例。舉例而言，例如，曲率大的三角形保留的多（例如，曲率為70度到90度的三角形，全部保留），曲率小的三角形保留的少（例如，曲率為0度到10度的三角形，隨機選擇保留百分之三十的三角形）。

步驟S30，所述獲取模組100獲取掃描設備4對量測設備5拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備5的三維模型。

步驟S40，所述定義模組104在量測設備5的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。具體而言，根據移動部件的座標（從量測設備5中獲取）找到移動部件在三維模型中的模擬圖形，並用不同的顏色標示出來，當在主機1中運行該三維模型時，根據移動部件的移動範圍（移動部件在三維座標中的移動範圍），在三維模型中移動所述移動部件對應的模擬圖形。所述移動部件是指量測設備5用於測試的能夠移動的部件，例如，測量桿、探頭等部件。需要說明的是，所述在量測設備5的三維模型中定義進行量測的移動部件之後，用戶可以直接透過三維模型模擬量測設備5對待測物件進行模擬測試。

1‧‧‧主機

2‧‧‧顯示設備

3‧‧‧輸入設備

4‧‧‧掃描設備

5‧‧‧量測設備

10‧‧‧量測設備離線點雲模擬系統

12‧‧‧儲存設備

14‧‧‧處理器

100‧‧‧獲取模組

102‧‧‧三角網格化模組

104‧‧‧定義模組

無

1‧‧‧主機

2‧‧‧顯示設備

3‧‧‧輸入設備

4‧‧‧掃描設備

5‧‧‧量測設備

10‧‧‧量測設備離線點雲模擬系統

12‧‧‧儲存設備

14‧‧‧處理器

Claims (12)

1. 一種量測設備離線點雲模擬系統，該系統運行於主機中，該系統包括：
   獲取模組，用於獲取掃描設備對量測設備進行全部掃描所得到的三維點雲；
   三角網格化模組，用於對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面；
   所述獲取模組，還用於獲取掃描設備對量測設備拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備的三維模型；及
   定義模組，用於在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之量測設備離線點雲模擬系統，所述三維點雲中的任意三個點進行連線組成三角形，所組成的三角形滿足兩個條件：條件一，該三角形的外接圓內不能包含其他點；條件二，該三角形的向量與臨近三角形的向量的夾角不能超過預設的曲率閥值。
3. 如申請專利範圍第2項所述之量測設備離線點雲模擬系統，所述組成三角形的方式如下：取三維點雲中任意一點為基準，找與該基準點距離最近的第二點，距離要小於預設的距離閥值，之後第一點與第二點連成線，找第一點與第二點組成的連線臨近的第三點，該三點連成的三角形外接圓中不包含除該三點之外的點雲中的其他點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之量測設備離線點雲模擬系統，所述三角網格化模組還用於對所述三維點雲在經過三角網格化後產生的三角形進行精簡操作。
5. 如申請專利範圍第4項所述之量測設備離線點雲模擬系統，所述精簡操作包括：
   曲率在第一預設範圍的三角形保留第一預設比例，曲率在第二預設範圍的三角形保留第二預設比例，第一預設範圍中的數值大於第二預設範圍中的數值，第一預設比例大於第二預設比例。
6. 如申請專利範圍第1項所述之量測設備離線點雲模擬系統，所述在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件的方式如下：
   根據量測設備中移動部件的座標找到移動部件在三維模型中的模擬圖形，並用不同的顏色標示出來，當在主機中運行該三維模型時，根據移動部件在量測設備中的移動範圍，在三維模型中移動所述移動部件對應的模擬圖形。
7. 一種量測設備離線點雲模擬方法，該方法運用於主機中，該方法包括如下步驟：
   獲取掃描設備對量測設備進行全部掃描所得到的三維點雲；
   對所述三維點雲進行三角網格化處理，形成實體面；
   獲取掃描設備對量測設備拍攝的二維圖片，並根據貼圖演算法將拍攝的圖片貼到所述實體面上，從而得到量測設備的三維模型；及
   在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件，使得在移動模擬時該移動部件能夠進行空間的移動。
8. 如申請專利範圍第7項所述之量測設備離線點雲模擬方法，所述三維點雲中的任意三個點進行連線組成三角形，所組成的三角形滿足兩個條件：條件一，該三角形的外接圓內不能包含其他點；條件二，該三角形的向量與臨近三角形的向量的夾角不能超過預設的曲率閥值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之量測設備離線點雲模擬方法，所述組成三角形的方式如下：取三維點雲中任意一點為基準，找與該基準點距離最近的第二點，距離要小於預設的距離閥值，之後第一點與第二點連成線，找第一點與第二點組成的連線臨近的第三點，該三點連成的三角形外接圓中不包含除該三點之外的點雲中的其他點。
10. 如申請專利範圍第7項所述之量測設備離線點雲模擬方法，還包括如下步驟：
    對所述三維點雲在經過三角網格化後產生的三角形進行精簡操作。
11. 如申請專利範圍第10項所述之量測設備離線點雲模擬方法，所述精簡操作包括：
    曲率在第一預設範圍的三角形保留第一預設比例，曲率在第二預設範圍的三角形保留第二預設比例，第一預設範圍中的數值大於第二預設範圍中的數值，第一預設比例大於第二預設比例。
12. 如申請專利範圍第7項所述之量測設備離線點雲模擬方法，所述在量測設備的三維模型中定義進行量測的移動部件的方式如下：
    根據量測設備中移動部件的座標找到移動部件在三維模型中的模擬圖形，並用不同的顏色標示出來，當在主機中運行該三維模型時，根據移動部件在量測設備中的移動範圍，在三維模型中移動所述移動部件對應的模擬圖形。