[发明专利]基于点云数据快速计算复杂表面表面积的方法

说明书

本发明提供基于点云数据快速计算复杂表面表面积的方法，包括：步骤1.将待计算的复杂表面的原始点云分割成一系列小面片，并将点投影至拟合面；步骤2.对投影后的点云F_porj进行特别设计的刚体变换得到点云F_tran；步骤3.提取F_tran中的边缘点F_bou；步骤4.计算F_bou的中心点p_cen，对于F_bou中的任意一点p_bou，计算出由p_cen和p_bou确定的法向量再计算出夹角θ_i，排序并存储在θ_sort中，针对已排好序的边缘点，插值后重新排序，得到新的边缘点集合；步骤5.对于边缘点集合中的任意两个相邻点，均计算出与中心点所围成的三角形或扇形面积，对所有面片累加得到复杂表面的表面积。

技术领域

本发明属于三维激光扫描技术领域，具体涉及一种基于点云数据快速计算复 杂表面表面积的方法。

背景技术

实际工作中，常常需要对物体的表面积进行计算，表面积计算在医疗、土地 调查、农业等领域起着重要的作用。规则物体的表面积可以通过简单的数学计算 来实现，而不规则物体的表面积计算则比较复杂，不同方法得到的结果也不尽相 同。地表面积的计算以往主要使用GPS、全站仪、激光跟踪仪、激光测距仪等多 种测量仪器进行，根据得到的离散点和边长，采用曲面拟合方法、曲线拟合方法、 不规则网络方法等方法计算面积。然而，单点测量的精度普遍受到激光测距和刻 度盘测角精度的限制，测距和测角误差的影响难以减弱。这些方法效率低，精度 差，计算成本高，特别是对于难以接近的、大规模的、粗糙的、弯曲的目标物体。

发明内容

本发明是为了解决大规模复杂表面的表面积计算中存在的效率低、精度差和 成本高等问题而进行的，目的在于提供一种基于点云数据快速计算复杂表面表面 积的方法，特别适合于难以接触、大尺度、粗糙和弯曲的目标物体。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种基于点云数据快速计算复杂表面表面积的方法，其特征在于， 包括以下步骤：步骤1.采用自适应的超体素分割算法将待计算的复杂表面的原 始点云P_orig分割成一系列的小面片F_fac，对每个面片F_fac进行拟合，并将该面片 上的点投影至对应的精确拟合的平面上；

步骤2.设F_porj为F_fac投影后的点云，对F_porj进行特别设计的刚体变换：以 F_porj上的中心点为局部坐标系原点，以中心点与F_porj上第一个点的法向量为局部 坐标系X轴，以F_porj的法向量为局部坐标系Z轴，以局部坐标系X轴与局部坐 标系Z轴的叉积为局部坐标系Y轴，执行刚体变换，使F_porj法向量与整体坐标 系Z轴平行；

步骤3.设F_porj经刚体变换后得到的点云为F_tran，经过刚体变换后，空间中 具有任意姿态角的平面将与X-Y面平行，每个点的z坐标值都相同，然后提取 F_tran中的边缘点F_bou；