[发明专利]三维扫描测量数据的表面线数据提取方法

权利要求书

1.三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：获取初始表面线；

人眼识别需要提取表面线轮廓在扫描测量数据中的位置，在该位置上通过人眼判断选择能反映该表面线的一组离散点数据，将离散点数据进行B样条曲线拟合得到能反映表面线空间趋势的曲线，称为初始表面线；

步骤二：沿初始表面线构造等间距切片；

在初始表面曲线上选择一组等间距分布的位置点，计算初始表面曲线在每个位置点处的法向；在每个位置点上，沿其法向分别构造一个圆形平面；

步骤三：计算截面线数据；

在每个圆形平面位置处，将平面两侧距离圆形平面预设距离的扫描测量数据投影至平面上，每个圆形平面上的投影点单独保存为一组，则所有圆形平面上的投影点构成截面线数据，并完成计算截面线数据；

步骤四：计算表面线数据，即实现三维扫描测量数据的表面线数据提取测量；

步骤四实现方法为，

步骤4.1：判断截面线数据几何分布特征，确定表面线所处边缘的类型；

计算截面线数据中相邻点的法向夹角和法向夹角平均值；设取值大于平均值的元素个数为Q，法向夹角阈值为M，N其中M＜N；则判断表面线所处边缘类型的方法如下：

当0≤Q≤M时，表面线位于折线型边缘上；当M＜Q≤N时，表面线位于小弧长屋脊型边缘上；当N＜Q时，表面线位于大弧长屋脊型边缘上；

步骤4.2：根据表面线所处的边缘类型选择不同方法计算表面线上的数据；

当表面线位于折线型边缘时，采用模式向量法计算表面线上的数据；当截面线位于小弧长屋脊型边缘时，采用重心计算法计算表面线上的数据；当截面线位于大弧长屋脊型边缘时，采用最大曲率法计算表面线上的数据；

其中，步骤4.2实现方法为，

步骤4.2.1：采用模式向量法计算表面线上的数据；

a.根据折线型截面数据相邻点法向夹角的分布特征，设置包含五个元素的模式向量[0,0,θ,0,0]

b.通过向量内积的形式计算截面线数据中相邻点的法向夹角，获得截面线数据的相邻点的法向夹角序列；

c.从法向夹角序列的第一个元素开始，以相邻五元素为一组将序列划分为多个小组；

d.计算各小组与模式向量的差方和；

e.确定差方和最小的小组，并根据小组在截面线数据中的次序确定边缘轮廓点所在点位，最后通过插值计算出边缘轮廓点，即实现采用模式向量法计算表面线上的数据；

步骤4.2.2：采用重心计算法计算表面线上的数据；

a.计算截面线数据各点法向相对第一点法向的夹角；

b.计算截面线数据各点相对于第一点的折线距离；

c.将相邻点法向夹角序列和折线距离序列代入重心计算公式，得到截面线数据的法向重心位置G；

d.在折线距离序列中确定与G最接近的两个点，对所述两点进行插值得到边缘轮廓点，即实现采用重心计算法计算表面线上的数据；

步骤4.2.3：采用最大曲率法计算表面线上的数据；

a.通过设置过渡圆弧的左、右端点识别模式，从截面线数据中截取过渡圆弧部分的数据；

b.构建局部坐标系，对过渡圆弧部分数据进行最小二乘抛物线拟合；

c.局部坐标系下，计算拟合抛物线上的曲率最大点；

d.根据局部坐标系和全局坐标系位姿关系，将局部坐标系下的曲率最大点转换到全局坐标系下，得到最终的边缘轮廓点，即实现采用最大曲率法计算表面线上的数据。

2.如权利要求1所述的三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：提取测量表面线上的数据工程应用领域包括医疗诊断、航空零部件线轮廓的检测、古文物数字化建档、虚拟现实领域。

3.如权利要求2所述的三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：所述医疗诊断包括提取牙齿特征线轮廓。

4.如权利要求2所述的三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：所述航空零部件线轮廓的检测包括提取飞机蒙皮边缘轮廓、发动机机匣端口圆轮廓、桨叶前后缘轮廓。

5.如权利要求2所述的三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：所述的古文物数字化建档包括提取古建筑物表面线轮廓和浮雕型文物特征线轮廓。

6.如权利要求2所述的三维扫描测量数据的表面线数据提取方法，其特征在于：所述的虚拟现实包括提取现实三维物体的边线轮廓。