一種臺階性邊緣曲面重建的方法
【專利摘要】本發明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照以下步驟實施：步驟1：采集空間數據點，根據空間數據點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺階性邊緣，則轉到步驟2，否則，結束臺階性邊緣曲面的重建；步驟2：選擇步驟1中空間數據點的投影平面，然后將散亂的空間數據點投影到所選的投影平面上，形成二維圖像；步驟3：計算空間數據點投影在投影平面后的相對應的網格點的灰度值；步驟4：對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區域分割處理；步驟5：完成了臺階性邊緣的曲面重建。本發明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，對臺階性邊緣的曲面進行重建時生成的曲面的質量好。
【專利說明】
-種臺階性邊緣曲面重建的方法
技術領域
[0001] 本發明屬于曲面重建技術領域，具體設及一種臺階性邊緣曲面重建的方法。
【背景技術】
[0002] 目前的曲面重建大多數采用動態元半徑進行曲面重建，可W通過合理選擇圓半徑 來調節曲面生成的質量，易于實現，但是對于出現臺階型邊緣的處理則不盡如人意，即重建 后的效果差。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的是提供一種臺階性邊緣曲面重建的方法，解決了現有技術中存在的 臺階型邊緣的曲面重建效果差的問題。
[0004] 本發明所采用的技術方案是，一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照W下步 驟實施：
[0005] 步驟1:采集空間數據點，根據空間數據點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺 階性邊緣，則轉到步驟2，否則，結束臺階性邊緣曲面的重建；
[0006] 步驟2:選擇步驟1中空間數據點的投影平面，然后將散亂的空間數據點投影到所 選的投影平面上，形成二維圖像；
[0007] 步驟3:計算空間數據點投影在投影平面后的相對應的網格點的灰度值；
[000引步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區域分割處 理；
[0009] 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應的空間數據點作為臺階性邊緣的邊緣點， 在步驟4劃分的每個區域里，將邊緣點轉換的散亂空間數據點進行標識，作為=角網格化的 邊界點，每個區域進行=角網格化后，將相鄰區域的=角網格進行連通處理，恢復=維實 體，即完成了臺階性邊緣的曲面重建。
[0010] 本發明的特點還在于：
[0011] 步驟2選擇投影平面時要保證投影區域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平 面作為投影平面，運樣只需要將Z軸高度數據轉換成圖像的灰度信息；并對XOY平面進行網 格劃分，形成若干網格點。
[0012] 步驟2具體為:首先確定散亂空間數據點的Z軸最大高度數據Zmax和Z軸的最小高度 數據Zmin,然后將Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應，最后通過下式將所有散亂空間數據點的 高度數據轉換成灰度值GU，y):
[OOU]
(1)
[0014] 其中，（x，y)是當前空間數據點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數據點投影后的灰 度值，Z(x，y)為當前空間數據點的高度值。
[0015] 當空間數據點投影位于投影平面的網格點I上時，步驟3具體為：
[0016] 空間數據點投影位置為A(xo，yo)，轉換之后的灰度值即網格點I(Xi，yi)的灰度值Gi (xi，yi)為：
[0017]
(2)〇
[0018] 至間數捉點的巧影位置位十IWJ裕點刃甲位、網但刃半徑的區域內，則認為該 空間數據點位于網格點上。
[0019] 闊值選擇為0.1像素。
[0020] 當網格點I位于兩個所述空間數據點投影連線上時，步驟3具體為：
[0021] 兩個空間數據點的投影位置分別為A(xo，yo)和B(xi，yi)，轉換之后的灰度值分別 為Go(xo,yo)和Gi(xi,yi):
[0022] C3)
[0023] (4)
[0024] AB之間的網格點的坐標為I (Xi，yi)，網格點的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0025] (5)
[0026]
[00的] C6)
[002引
[0029] :7)。
[0030] 當網格點I位于S個空間數據點投影后形成的最小S角形區域內時，步驟3具體 為：
[0031] S個空間數據點的投影位置分別為4^〇,7〇)、8^1，71)和(：^2,72)，轉換之后的灰 度值分別為Go(M, yo)、Gi (Xi, y 1)和G2 (X2，Y2):
[0035] 網格點I的坐標為（xi，yi)，A(x日，y日）、C(X2，y2)所在的直線與直線y = yi的交點為P (卻，7。），4(則，7日）、8(財，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(^1，7。），
[0032] C8)
[0033] C9)
[0034] (10)
[0036] P (Xp，yp)轉換之后的灰度值Gp (Xp，yp)為：
[0037] ( n )
[00；3 引
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] (14)
[0044]
[0045] I
[0046]
[0047] )
[004引
[0049] (17)
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4] 步驟5具體為：
[0055] 在一個區域內選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區域的標識點 連接;然后再相鄰的區域內，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行 連接，形成S角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區域內，計算標識點到直線XY的距離， 選擇距離最小的標識點Z作為=角形的第=個頂點；將產生的=角形頂點進行無效標記，W 后不參加=角形的形成過程;重復上述過程，直至兩個區域的有效標識點個數少于3或剩余 的點都在同一個區域內為止，完成了把所有的未連通區域連接起來。
[0056] 本發明的有益效果是:本發明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，對臺階性邊緣的 曲面進行重建時生成的曲面的質量好。
【附圖說明】
[0057] 圖1是本發明方法中空間數據點與網格點的位置關系圖一；
[0058] 圖2是本發明方法中空間數據點與網格點的位置關系圖二；
[0059] 圖3是本發明方法中空間數據點與網格點的位置關系圖
[0060] 圖4是利用動態調節圓半徑的算法進行曲面重建效果圖；
[0061] 圖5是利用本發明臺階性邊緣曲面重建的方法進行曲面重建效果圖。
【具體實施方式】
[0062] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0063] 本發明一種臺階性邊緣曲面重建的方法，具體按照W下步驟實施：
[0064] 步驟1:采集空間數據點，根據空間數據點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺 階性邊緣，則轉到步驟2，否則，結束臺階性邊緣曲面的重建；
[0065] 步驟2:選擇步驟1中空間數據點的投影平面，然后將散亂的空間數據點投影到所 選的投影平面上，形成二維圖像；
[0066] 其中，選擇投影平面時要保證投影區域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平 面作為投影平面，運樣只需要將Z軸高度數據轉換成圖像的灰度信息；并對XOY平面進行網 格劃分，形成若干網格點。
[0067] 步驟2具體為:首先確定散亂空間數據點的Z軸最大高度數據Zmax和Z軸的最小高度 數據Zmin,然后將Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應，最后通過下式將所有散亂空間數據點的 高度數據轉換成灰度值GU，y):
[006引
（1 )
[0069] 其中，（x，y)是當前空間數據點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數據點投影后的灰 度值，Z(x，y)為當前空間數據點的高度值。
[0070] 步驟3:計算空間數據點投影在投影平面后的相對應的網格點的灰度值；
[0071] 當空間數據點投影位于投影平面的網格點I上（空間數據點的投影位置位于W網 格點為中屯、、W闊值為半徑的區域內，則認為該空間數據點位于網格點上，闊值選擇為0.1 像素)時，如圖1所示，步驟3具體為：
[0072] 空間數據點投影位置為A(xo，yo)，轉換之后的灰度值即網格點I(xi，yi)的灰度值Gi (xi，yi)為：
[0073]
樹。
[0074] 當網格點I位于兩個所述空間數據點投影連線上時，如圖2所示，步驟3具體為：
[0075] 兩個空間數據點的投影位置分別為A(xo，yo)和B(xi，yi)，轉換之后的灰度值分別 為Go(xo,yo)和Gi(xi,yi):
[007引 AB之間的網格點的坐標為I (Xi，yi)，網格點的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0076] (3)
[0077] (4)
[0079]
(5) 陶] (6)
[0080] 其中，Io為Al之間的距離：
[0082]
[0083] 巧)。
[0084] 當網格點I位于S個所述空間數據點投影后形成的最小S角形區域內時，如圖3所 示，步驟3具體為：
[0085] S個空間數據點的投影位置分別為4^〇,7〇)、8^1，71)和(：^2,72)，轉換之后的灰 度值分別為Go(M, yo)、Gi (Xi, y 1)和G2 (X2，Y2):
[0086] (8)
[0087] (9)
[008引 （10)
[0089] 網格點I的坐標為（xi，yi)，A(x日，y日）、C(X2，y2)所在的直線與直線y = yi的交點為P (卻，7。），4(則，7日）、8(財，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(^1，7。），
[0090] P(Xp，yp)轉換之后的灰度值Gp(Xp，yp)為：
[0091]
(II)
[0092] 其中，IpO為AP之間的距離：
[oow] (12)
[0094]
[00 巧] (13)
[00%] Q(Xq，yq)轉換之后的灰度值Gq(Xq，yq)為：
[0097] 《14)
[009引
[0099] ;丄弓)
[0100]
[0101] (16)
[0102] 貝IJ網格點I (Xi，yi)的灰度值Gi (Xi，yi)為：
[0103]
^ 17)
[0104] 其中，Iip為IP之間的距離為：
[0105] (18)
[0106]
[0107] (19):。
[0108] 步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區域分割處 理；
[0109] 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應的空間數據點作為臺階性邊緣的邊緣點， 在步驟4劃分的每個區域里，將邊緣點轉換的散亂空間數據點進行標識，作為=角網格化的 邊界點，每個區域進行=角網格化后，將相鄰區域的=角網格進行連通處理，恢復=維實 體，即完成了臺階性邊緣的曲面重建，具體為：
[0110] 在一個區域內選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區域的標識點 連接;然后再相鄰的區域內，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行 連接，形成S角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區域內，計算標識點到直線XY的距離， 選擇距離最小的標識點Z作為=角形的第=個頂點；將產生的=角形頂點進行無效標記，W 后不參加=角形的形成過程;重復上述過程，直至兩個區域的有效標識點個數少于3或剩余 的點都在同一個區域內為止，完成了把所有的未連通區域連接起來。
[0111] 圖4是現有利用動態調節圓半徑的算法進行=角形網格劃分后的曲面重建效果， 圖5是利用本發明一種臺階性邊緣曲面重建的方法后劃分=角形網格進行曲面重建的效果 圖，圖4、圖5中均為r= IOmm的曲面重建效果圖，從兩個圖中對比可W看出，采用本發明的方 法重建后比采用現有動態調節圓半徑的算法重建后的曲面質量更好，即本發明的一種臺階 性邊緣曲面重建的方法對于實體表面存在臺階性邊緣時的處理更具有優勢。
【主權項】
1. 一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施： 步驟1:采集空間數據點，根據空間數據點判斷是否存在臺階性邊緣，如果存在臺階性 邊緣，則轉到步驟2，否則，結束臺階性邊緣曲面的重建； 步驟2:選擇步驟1中空間數據點的投影平面，然后將散亂的空間數據點投影到所選的 投影平面上，形成二維圖像； 步驟3:計算空間數據點投影在投影平面后的相對應的網格點的灰度值； 步驟4:對步驟2中形成的二維圖像采用圖像分割算法進行邊緣檢測和區域分割處理； 步驟5:將步驟3中灰度值變化大所對應的空間數據點作為臺階性邊緣的邊緣點，在步 驟4劃分的每個區域里，將邊緣點轉換的散亂空間數據點進行標識，作為三角網格化的邊界 點，每個區域進行三角網格化后，將相鄰區域的三角網格進行連通處理，恢復三維實體，即 完成了臺階性邊緣的曲面重建。2. 根據權利要求1所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟2選 擇投影平面時要保證投影區域的面積最大化，為了簡化問題，選擇XOY平面作為投影平面， 這樣只需要將Z軸高度數據轉換成圖像的灰度信息;并對XOY平面進行網格劃分，形成若干 網格點。3. 根據權利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟2具 體為:首先確定散亂空間數據點的Z軸最大高度數據Z max和Z軸的最小高度數據Zmin，然后將 Zmax、Zmin分別和灰度值255、0對應，最后通過下式將所有散亂空間數據點的高度數據轉換成 灰度值GUji · ⑴ ιιιαΛ liiui 其中，（x，y)是當前空間數據點的投影坐標，G(x，y)是當前空間數據點投影后的灰度 值，Z(x，y)為當前空間數據點的高度值。4. 根據權利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當空間數據點 投影位于投影平面的網格點I上時，所述步驟3具體為： 空間數據點投影位置為A(XQ，yQ)，轉換之后的灰度值即網格點I(Xl， yi)的灰度值仏丨^， yi)為：(2)。5. 根據權利要求4所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述空間數據 點的投影位置位于以網格點為中心、以閾值為半徑的區域內，則認為該空間數據點位于網 格點上。6. 根據權利要求5所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述閾值選擇 為0.1像素。7. 根據權利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當網格點I位 于兩個所述空間數據點投影連線上時，所述步驟3具體為： 兩個空間數據點的投影位置分別為A(XQ，yo)和B(X1，yi)，轉換之后的灰度值分別為Go (xo，yo)和Gi(xi，yi): (3)AB之間的網格點的坐標為I (Xi，yi)，網格點的灰度值Gi(Xi，yi)為： (4)(5) 其中，Ιο為AI之間的距離：(6) 之間的距離：(7)。8.根據權利要求2所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，當網格點I位 于三個所述空間數據點投影后形成的最小三角形區域內時，所述步驟3具體為： 三個空間數據點的投影位置分別為4(1〇,7〇)、8(^，71)和(：(12, 72)，轉換之后的灰度值 分別為6〇(叉〇,7〇)、61(叉1，71)和62(叉2,72):網格點I的坐標為(Xi，yi)，A(xo，yo)、(^2,72)所在的直線與直線7 = 71的交點為？(義1)， 715)，厶(1()，7())、8(11，71)所在的直線與直線7 = 71的交點為9(1(1^)， P(xp，yp)轉換之后的灰度值GP(xP，yP)為：(11) 其中，lpQ為AP之間的距離：(12) γ ' y ν' v·· f ·· +U' lp2*CP之間的距離：(13) Q(Xq，yq)轉換之后的灰度值Gq(Xq，yq)為： 其中，lq〇為AQ之間的距離為： (14) (15) 1 qi為BQ之間的距離為：(16) 貝_格點I (Xi，y i)的灰度值Gi (Xi，y i)為：(17) 其中，1 ip為IP之間的距離為：(18) lqi為IQ之間的距離為：(19)。9.根據權利要求1所述的一種臺階性邊緣曲面重建的方法，其特征在于，所述步驟5具 體為： 在一個區域內選擇一個被標識的點X，X點為有效點，即沒有和其他區域的標識點連接； 然后再相鄰的區域內，計算所有的標識點與點X的距離，選擇距離最小的標識點Y進行連接， 形成三角形的一個邊;然后在點X和點Y的相鄰區域內，計算標識點到直線XY的距離，選擇距 離最小的標識點Z作為三角形的第三個頂點；將產生的三角形頂點進行無效標記，以后不參 加三角形的形成過程;重復上述過程，直至兩個區域的有效標識點個數少于3或剩余的點都 在同一個區域內為止，完成了把所有的未連通區域連接起來。
【文檔編號】G06T17/30GK105957152SQ201610454990
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】王崑凌
【申請人】西安工程大學