TW201616450A - 點雲畫筆選取系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種點雲畫筆選取系統及方法，該方法包括步驟：將點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製成三維點雲圖像；將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像；從使用者需要選取之點雲區域拖動模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域；從模型空間系統中獲取畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，並獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值；判斷每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內；將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色。本發明利用模型空間系統之畫筆快速有效地選擇出目標產品之三維點雲圖像中點雲區域進行處理。

Description

點雲畫筆選取系統及方法

本發明涉及一種點雲處理系統及方法，尤其涉及一種點雲畫筆選取系統及方法。

掃描設備掃描出來之資料一般都是三維點雲資料，而且因為受掃描設備、光照、環境、產品等因素之影響，掃描出來之產品圖像經常會存於很多雜點，導致圖片輪廓不清晰。這樣對圖像之檢測處理增加很大之難度，而且還會導致檢測處理出來之資料精度低，誤差大。於點雲處理系統中，若無法自由選擇點區域，就不能較好之檢測及處理點雲圖像，這樣對圖像之處理就無實質意義。於現有點雲處理系統中，只能進行點雲大範圍之搜索選中點雲進行粗略處理圖像；於小範圍點雲區域處理雜點時容易將需要保留之點去掉，違反完善圖像之目之；且只能對圖像整體輪廓外之點雲區域處理。

鑒於以上內容，有必要提供一種點雲套索選取系統及方法，能夠利用模型空間系統之畫筆快速有效地選擇出目標產品之三維點雲圖像中點雲區域進行處理。

所述之點雲畫筆選取系統運行於電腦裝置中，該電腦裝置連接有資料庫。該點雲畫筆選取系統包括：點雲圖像繪製模組，用於從資料庫中讀取一個點雲檔案，將該點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製到模型空間系統中來形成一幅由複數圖元點組合成之三維點雲圖像；座標轉換模組，用於根據世界座標系與平面座標系之相互轉換演算法將三維點雲圖像中之每一個圖元點之世界座標轉化成平面座標來將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像；畫筆選中模組，用於從使用者需要選取之點雲區域拖動模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域，並利用該畫筆覆蓋區域選中平面點雲圖像中之點雲區域，從模型空間系統中獲取所述畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，及獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值；圖元點判斷模組，用於將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標值進行計算比對來判斷平面點雲圖像中每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內；顏色處理模組，用於將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色。

所述之點雲畫筆選取方法應用於電腦裝置中，該方法包括步驟：從資料庫中讀取一個點雲檔案，將該點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製到模型空間系統中來形成一幅由複數圖元點組合成之三維點雲圖像；根據世界座標系與平面座標系之相互轉換演算法將三維點雲圖像中之每一個圖元點之世界座標轉化成平面座標來將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像；從使用者需要選取之點雲區域拖動模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域，並利用畫筆覆蓋區域選中平面點雲圖像中之點雲區域；從模型空間系統中獲取所述畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，並獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值；將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標值進行計算比對來每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內；將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色。

相較於習知技術，本發明所述之點雲畫筆選取系統及方法能夠利用模型空間系統之畫筆快速有效地選擇出目標產品之三維點雲圖像中雜質點進行處理，以便消除雜質點還原出目標產品之輪廓圖像。

圖1係本發明點雲畫筆選取系統較佳實施例之運行環境示意圖。

圖2係本發明點雲畫筆選取方法較佳實施例之流程圖。

圖3係一種利用畫筆選中點雲區域之示意圖。

圖4係一種確定畫筆覆蓋輪廓內圖元點之示意圖。

參閱圖1所示，係本發明點雲畫筆選取系統較佳實施例之運行環境示意圖。於本實施例中，所述之點雲畫筆選取系統10安裝並運行於電腦裝置1中，該電腦裝置1還包括，但不僅限於，儲存裝置11、處理器12及顯示裝置13。該計算裝置1安裝有作業系統（例如Windows作業系統或Linux作業系統）及各種應用系統（例如CAD等圖形處理軟體）。所述之電腦裝置1可以為一種個人電腦（PC）、工作站電腦（Workstation computer）、筆記本電腦（Notebook）、伺服器（Server）或者其他電子計算裝置。

所述之電腦裝置1連接有資料庫2，該連接可為本地資料線（例如Cable資料線）連接，亦可為網路（例如WAN或者LAN網路）連接。所述資料庫2儲存有目標物體（例如滑鼠）之點雲檔案，所述之點雲檔案為一組解析成空間座標之資料檔案。於一個模型空間系統（例如CAD系統）中打開點雲檔案，自動根據點雲檔案中之空間座標於模型空間系統中可以得到一幅由許多圖元點組合而成之三維點雲圖像。

所述之儲存裝置11包括，但不僅限於，記憶體、硬碟及外部儲存裝置等。所述之處理器12包括，但不僅限於，中央處理器（CPU）、微處理器或其它資料處理機等。

於本實施例中，所述之點雲畫筆選取系統10包括，但不僅限於，點雲圖像繪製模組101、座標轉換模組102、畫筆選中模組103、圖元點判斷模組104及顏色處理模組105。本發明所稱之功能模組是指一種能夠被電腦裝置1之處理器12所執行並且能夠完成固定功能之一系列程式指令段，其儲存於電腦裝置1之儲存裝置11中。關於各功能模組101-105將於圖2之流程圖中作詳細描述。

參閱圖2所示，係本發明點雲畫筆選取方法較佳實施例之流程圖。於本實施例中，該方法應用於電腦裝置1中，能夠利用模型空間系統（例如CAD系統）之畫筆快速有效地選擇出目標產品之三維點雲圖像中之雜質點，以便消除雜質點還原出目標產品之輪廓圖像。

步驟S21，點雲圖像繪製模組101從資料庫2中讀取一個點雲檔案，藉由一個模型空間系統（例如CAD系統）打開點雲檔案，並將該點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製到模型空間系統中來形成一幅由複數圖元點組合成之三維點雲圖像。於本實施例中，所述之點雲檔案為一組已經由圖元點解析成空間座標之資料檔案，檔案中之每一個包含三個座標之資料都代表一個圖元點，所述之點雲圖像繪製模組101自動根據點雲檔案中之三維座標轉化成相應之每一個點雲圖元並繪製到模型空間系統之視窗中。

步驟S22，座標轉換模組102根據世界座標系與平面座標系之相互轉換演算法將三維點雲圖像中之每一個圖元點之世界座標轉化成平面座標，以便將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像。於本實施例中，於平面座標系（retinal coordinate system）中，用()表示圖像座標系座標，（x，y）表示平面座標系座標，若於圖像座標系中之座標為（），軸及軸方向上之物理尺寸座標為，軸及軸之夾角為，則圖像座標與平面座標之關係為如下所示：

（1.1）

於世界座標系（world coordinate system）中，所述世界座標系由基準觀測原點及、、軸組成。例如圖像座標系與世界座標系之間之關係可用旋轉矩陣與平移向量來描述，拖某點p之世界座標與圖像座標下之座標設為，，則為如下關係：

（1.2）

於（1.2）式中，為正交單位矩陣；為三位平移矩陣；是之矩陣，通常、為外部參數。之三個歐拉角，分別為偏離角、傾斜角、旋轉角，可以由、、來表示為：

於本實施例中，世界座標與平面座標之間之轉換演算法為：假設一點之座標p，為,，其中，（x, y）為p點之圖像座標，為空間點p之座標，世界座標與平面座標之間之轉換關係為：

（1.3）

根據上述（1.1）式、（1.2）式、（1.3）式可以得出p點之空間座標系轉換成平面座標之關係表示為如下（1.4）式：

（1.4）

步驟S23，畫筆選中模組103於使用者需要選取之點雲區域拖動所述模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域，並利用該畫筆覆蓋區域選中平面點雲圖像中之點雲區域。於本實施例中，使用者於需要選中之點區域拖動畫筆，此時畫筆經過之地方將會把選中之點元區域覆蓋形成一個畫筆覆蓋區域。如圖3所示，畫筆覆蓋區域Q內之圖元點部分為選中之點雲區域。

步驟S24，畫筆選中模組103於模型空間系統中獲取所述畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，並獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值。於本實施例中，模型空間系統（例如CAD系統）中有專門讀取每一圖元點座標之演算法，該演算法會自動保存畫筆經過區域之一組圖元點之座標值，並保存畫筆覆蓋區域之輪廓座標值。如圖4所示，畫筆覆蓋區域Q具有輪廓W，該畫筆覆蓋輪廓W同樣是由很多圖元點組合成，獲取該輪廓W之每一圖元點之座標值並存放於儲存裝置11中。

步驟S25，圖元點判斷模組104將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標值進行計算比對。於本實施例中，將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆平面點雲圖像輪廓座標進行計算比對來判斷平面點雲圖像中每一個圖元點是否於畫筆覆蓋輪廓中。例如，畫筆覆蓋輪廓之座標表示為（x，y），x座標於平面內會有一個最大值及最小值，y座標於平面內也由一個最大值及一個最小值。將點雲圖像中之每一圖元點（x_a ，y_b ）與畫筆覆蓋輪廓之最大最小座標值作比對，當圖元點之x軸座標之值符合 x_a ，圖元點之y軸座標值符合 y_b )，則確定該圖元點於畫筆覆蓋區域內，否則確定該圖元點於畫筆覆蓋區域內。

步驟S26，圖元點判斷模組104根據比對結果判斷平面點雲圖像中每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內。若圖元點於畫筆覆蓋區域內，流程執行步驟S27；若圖元點未於畫筆覆蓋區域內（即於畫筆覆蓋區域之外），流程執行步驟S28。

步驟S27，若所述圖元點於畫筆覆蓋區域內，顏色處理模組105則將畫筆覆蓋區域內圖元點之顏色轉換成特定顏色，例如紅色、黃色、綠色、或其它任何區別性之顏色。於本實施例中，顏色處理模組105藉由顏色轉換演算法將符合要求圖元點之顏色由原來之顏色轉換成紅色，即會自動將表示黑色點之圖元值更新為相應表示紅色點之圖元值，並於顯示裝置13上以紅色顯示選中之點雲區域。

步驟S28，若圖元點未於畫筆覆蓋區域中（即於畫筆覆蓋區域之外），顏色處理模組105則對畫筆覆蓋區域外之圖元點不作任何顏色處理。

本發明所述之點雲畫筆選取系統及方法能夠利用畫筆選中塗改特性，利用滑鼠拖動就能快速有效地選擇出目標產品之三維點雲圖像中之點雲區域。使用者還能根據需要調節畫筆之粗細及顏色，達到通用之效果。可對任何形狀、任何尺寸之三維點雲圖像及複雜曲面進行操作。畫筆可以對小範圍中之點雲進行操作，效率高、速度快，且能準確選中所要選擇之點範圍，而且不會過多增加多餘之點，影像處理精度高。任何形狀內外之點雲區域，利用畫筆都能一次性選中，不需要分幾次來執行，從而節約點雲處理之時間。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，且已達廣泛之使用功效，凡其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成之均等轉換或修飾，均應包含於下述之申請專利範圍內。

1‧‧‧電腦裝置

10‧‧‧點雲畫筆選取系統

101‧‧‧點雲圖像繪製模組

102‧‧‧座標轉換模組

103‧‧‧畫筆選中模組

104‧‧‧圖元點判斷模組

105‧‧‧顏色處理模組

11‧‧‧儲存裝置

12‧‧‧處理器

13‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧資料庫

無

1‧‧‧電腦裝置

10‧‧‧點雲畫筆選取系統

101‧‧‧點雲圖像繪製模組

102‧‧‧座標轉換模組

103‧‧‧畫筆選中模組

104‧‧‧圖元點判斷模組

105‧‧‧顏色處理模組

11‧‧‧儲存裝置

12‧‧‧處理器

13‧‧‧顯示裝置

2‧‧‧資料庫

Claims (10)

1. 一種點雲畫筆選取系統，運行於電腦裝置中，該電腦裝置連接有資料庫，所述之點雲畫筆選取系統包括：
   點雲圖像繪製模組，用於從資料庫中讀取一個點雲檔案，將該點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製到模型空間系統中來形成一幅由複數圖元點組合成之三維點雲圖像；
   座標轉換模組，用於根據世界座標系與平面座標系之相互轉換演算法將三維點雲圖像中之每一個圖元點之世界座標轉化成平面座標來將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像；
   畫筆選中模組，用於從使用者需要選取之點雲區域拖動模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域，並利用該畫筆覆蓋區域選中平面點雲圖像中之點雲區域，從模型空間系統中獲取所述畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，及獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值；
   圖元點判斷模組，用於將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標值進行計算比對來判斷平面點雲圖像中每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內；及
   顏色處理模組，用於將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色。
2. 如申請專利範圍第1項所述之點雲畫筆選取系統，其中，若圖元點於畫筆覆蓋區域之外，所述之顏色處理模組則對該畫筆覆蓋區域外之圖元點不作任何顏色處理。
3. 如申請專利範圍第1項所述之點雲畫筆選取系統，其中，所述之顏色處理模組藉由顏色轉換演算法將畫筆覆蓋區域內圖元點之圖元值轉化為相應特定顏色之圖元值，並以該特定顏色於顯示裝置上顯示出選中之點雲區域。
4. 如申請專利範圍第1項所述之點雲畫筆選取系統，其中，所述之判斷平面點雲圖像中每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內包括步驟：
   將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標之最大座標值及最小座標值作比對；
   當一圖元點之x軸座標值符合 x_a 及y軸座標值符合 y_b ，則確定該圖元點於所述畫筆覆蓋區域內，否則確定該圖元點於該畫筆覆蓋區域之外；
   其中，（x，y）為畫筆覆蓋輪廓座標值，x座標之最大值為及最小值為，及y座標之最大值為及最小值為，（x_a ，y_b ）為平面點雲圖像中每一圖元點之座標值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之點雲畫筆選取系統，其中，所述之點雲檔案是一組由圖元點解析成空間座標之資料檔案，該資料檔案中之每一個包含三個座標值之資料表示一個圖元點。
6. 一種點雲畫筆選取方法，應用於電腦裝置中，該電腦裝置連接有資料庫，該方法包括步驟：
   從資料庫中讀取一個點雲檔案，將該點雲檔案中之三維座標轉化成圖元點並繪製到模型空間系統中來形成一幅由複數圖元點組合成之三維點雲圖像；
   根據世界座標系與平面座標系之相互轉換演算法將三維點雲圖像中之每一個圖元點之世界座標轉化成平面座標來將三維點雲圖像轉化成平面點雲圖像；
   從使用者需要選取之點雲區域拖動模型空間系統中之畫筆形成一個畫筆覆蓋區域，並利用畫筆覆蓋區域選中平面點雲圖像中之點雲區域；
   從模型空間系統中獲取所述畫筆覆蓋區域內一組圖元點之座標值，並獲取該畫筆覆蓋區域之輪廓座標值；
   將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標值進行計算比對來每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內；及
   將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色。
7. 如申請專利範圍第6項所述之點雲畫筆選取方法，該方法還包括步驟：若圖元點於畫筆覆蓋區域之外，所述之顏色處理模組則對該畫筆覆蓋區域外之圖元點不作任何顏色處理。
8. 如申請專利範圍第6項所述之點雲畫筆選取方法，其中，所述之將畫筆覆蓋區域內每一圖元點之顏色轉換成特定顏色包括步驟：藉由顏色轉換演算法將畫筆覆蓋區域內圖元點之圖元值轉化為相應特定顏色之圖元值，並以特定顏色於顯示裝置上顯示出選中之點雲區域。
9. 如申請專利範圍第6項所述之點雲畫筆選取方法，其中，所述之判斷平面點雲圖像中每一圖元點是否於畫筆覆蓋區域內包括步驟：
   將平面點雲圖像中每一圖元點之座標與畫筆覆蓋區域之輪廓座標之最大座標值及最小座標值作比對；
   當一圖元點之x軸座標值符合 x_a 及y軸座標值符合 y_b ，則確定該圖元點於所述畫筆覆蓋區域內，否則確定該圖元點於該畫筆覆蓋區域之外；
   其中，（x，y）為畫筆覆蓋輪廓座標值，x座標之最大值為及最小值為，及y座標之最大值為及最小值為，（x_a ，y_b ）為平面點雲圖像中每一圖元點之座標值。
10. 如申請專利範圍第6項所述之點雲畫筆選取方法，其中，所述之點雲檔案是一組由圖元點解析成空間座標之資料檔案，該資料檔案中之每一個包含三個座標值之資料表示一個圖元點。