[发明专利]一种三维点云转换二维图像的方法

权利要求书

1.一种三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，包括：

通过三维激光扫描设备获取待测物体三维点云信息，以三维扫描设备作为坐标中心，建立三维笛卡尔坐标系，并标定三维点云中每一点的笛卡尔坐标；

以三维扫描设备作为坐标中心，建立三维柱坐标系，并建立三维点云中每一点的笛卡尔坐标与柱坐标的转换关系，将笛卡尔空间坐标系中的三维点云对应到柱坐标系中；

将三维柱坐标系的柱面展开，构建二维柱面坐标系，并建立三维点云中每一点的柱坐标与二维柱面坐标系的柱面坐标的转换关系，将柱坐标系中的三维点云对应到二维柱面坐标系中，生成待测物体的二维像素坐标。

2.根据权利要求1所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，建立的笛卡尔空间坐标系中，以三维扫描设备作为坐标中心，三维扫描设备的垂直旋转轴作为Z轴；沿三维扫描设备任意水平角的光轴作为X轴；柱坐标系与笛卡尔空间坐标系具有相同的原点，柱坐标系以笛卡尔空间坐标系的Z轴为中心轴，以r为半径，笛卡尔空间坐标系的X轴为起始轴的圆柱面。

3.根据权利要求1所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，设置点P为待测物体表面任意一点，笛卡尔坐标为(x_3d-las,y_3d-las,z_3d-las)，柱坐标表示为(r,ξ,z_3d-cyl)，根据笛卡尔坐标与柱坐标的转换原理，二者的关系为如下公式所示：

其中r为点P到旋转轴Z的距离，且ξ为点P所在扫描平面与OXZ平面夹角，z_3d-cyl为点P到OXY平面的距离。

4.根据权利要求1所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，三维笛卡尔坐标系中点与二维柱面坐标系的点的转换公式为：

其中(x_3d-las,y_3d-las,z_3d-las)表示三维点云的任意一点的笛卡尔空间坐标；(x_2d-cyl,y_2d-cyl)表示对应的二维点云图像的像素坐标；c表示相机模型的主距；(x₀,y₀)表示二维点云图像的主点；(Δx,Δy)表示相机内的校正参数。

5.根据权利要求1所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，还包括步骤：将转换后每一点的二维像素坐标进一步转换为二维点云图像坐标。

6.根据权利要求5所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，将转换后每一点的二维像素坐标转换为二维点云图像坐标时是通过以下公式进行：

其中，x_2d-las表示二维点云图像在像素坐标系中的横坐标；y_2d-las表示二维点云图像在像素坐标系中的纵坐标；A_m表示像素坐标系中的水平分辨率；A_n表示像素坐标系中的垂直分辨率。

7.根据权利要求6所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，对于二维点云图像中点(x_2d-las,y_2d-las)的灰度值，计算公式为：

其中，color表示点(x_2d-las,y_2d-las)的灰度值，范围在[0-255]；col表示(x_3d-las,y_3d-las,z_3d-las)的某一特征值；maxf和minf分别表示三维点云信息中对应的点的特征值的最大值和最小值。

8.根据权利要求7所述的三维点云转换二维图像的方法，其特征在于，当一个像素对应多个三维点云的点时，取特征值最大的点作为像素对应的点；当像素内没有点时，该像素的灰度值取为0。