[发明专利]一种基于激光三维数据的集料表面数量检测方法

权利要求书

1.一种基于激光三维数据的集料表面数量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，从多种形状集料集合中任选一个集料作为当前集料，获取该当前集料三维点云数据，并对当前集料三维点云数据进行去噪，得到去噪后的当前集料三维点云数据；

步骤2，获取去噪后的当前集料三维点云数据的局部拟合平面，并计算局部拟合平面的法向量，即得到当前集料的全部表面法线；

包括：

步骤21，设去噪后的当前集料三维点云数据为p＝{p_i|i∈1，2，…，p_i∈R³}；选取去噪后的集料三维点云数据中的任一点p_i作为当前点p_i，其中p_i＝(x_i,y_i,z_i)；

步骤22，选取当前点pi的k个邻域点，从k个邻域点中任选一个邻域点作为当前邻域点j，j＝1,2,...,k；

步骤23，计算当前点pⁱ与当前邻域点j所拟合的局部拟合平面P_ij，该局部拟合平面P_ij的法向量为n_ij；

步骤24，对法向量n_ij进行标准化，得到局部邻域点的协方差矩阵C_ij；

步骤25，计算协方差矩阵C_ij的特征值以及特征向量

步骤26，对k个邻域点中的每一邻域点均进行步骤23至步骤25的处理，得到k个特征值及其所对应的k个特征向量

在k个特征值中选取特征值最小时所对应的特征向量作为当前集料的一条表面法线；

步骤27，将去噪后的集料三维点云数据p＝{p_i|i∈1，2，…，p_i∈R³}中的每个点均作为当前点p_i，重复步骤23至步骤26，得到当前集料的多条表面法线；

步骤3，获取当前集料的每一条表面法线的起始点位置坐标，通过当前集料的每一条表面法线的起始点位置坐标对当前集料的多条表面法线进行聚类，得到N个聚类中心，即当前集料具有N个表面数量；

步骤4，对多种形状集料集合中的每一个集料重复步骤1至步骤3，即可得到每个形状集料的表面数量。

2.如权利要求1所述的集料表面数量检测方法，其特征在于，所述多种形状集料集合包括类四面体、类五面体和类六面体形状集料。

3.如权利要求1所述的集料表面数量检测方法，其特征在于，所述步骤1中对当前集料三维点云数据进行去噪，得到去噪后的集料三维点云数据，包括：

预设上限阈值T_up和下限阈值T_down，将当前集料三维点云数据中Z方向的点云坐标大于上限阈值T_up或者Z方向的点云坐标小于下限阈值T_down所对应的当前集料三维点云数据删除，得到阈值分割后的当前集料三维点云数据；并对阈值分割后的当前集料三维点云数据进行滤波处理。

4.如权利要求1所述的集料表面数量检测方法，其特征在于，通过式(1)计算当前点p_i与当前邻域点j所拟合的局部拟合平面P_ij：

式(1)中，m_j表示当前邻域点j，n_ij表示局部拟合平面P_ij的法向量，d_i表示当前点p_i到坐标原点的距离，argmin代表函数取得最小值时，自变量的取值。

5.如权利要求1所述的集料表面数量检测方法，其特征在于，通过式(2)得到协方差矩阵C_ij：

式(2)中，表示k个邻域点的三维质心。

6.如权利要求1所述的集料表面数量检测方法，其特征在于，通过式(3)得到协方差矩阵C_ij的特征值则特征向量

其中，x_j、y_j、z_j为当前邻域点j的X方向坐标、Y方向坐标和Z方向坐标；a、b、c、d为待定系数，d为常数项。