[发明专利]由工件三维模型生成工件形状特征编码的方法及存储介质

权利要求书

1.一种由工件三维模型生成工件形状特征编码的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，获取并输入工件点云数据，点云用具有三维坐标的点集表示点云模型；

步骤2，提取点云的自旋图特征用于工件形状编码，所述自旋图是定义在三维模型的每个顶点上，用于描述顶点与邻近数据点之间相对位置关系；包括：

步骤2.1，对点云模型通过降采样和局部表面法向估计建立三维网格模型

以网格中的每一个顶点和该点的法向量为有向点建立局部坐标系，使得周围的点向该坐标系投影；

对于给定的有向点O，自旋坐标投影建立了一个映射x→(α,β)

其中：p为有向点O对应的顶点，n为点p对应的单位法向量，(α,β)为自旋图像素点x的两个自旋坐标；

当网格表面一定范围内的所有顶点都应用公式(1)向有向点O定义的坐标系投影时，得到点O的自旋图；

步骤2.2，三维网格模型中的每一个顶点获取自旋图，就把三维模型转换为一组二维图像，然后在二维图像上提取和量化三维形状特征；

步骤3，提取关键点：通过在点云模型中提取少量关键点生成特征描述子，采用区域分布的曲率最大点作为关键点；

步骤4，特征量化：以Δ为离散步长，将参数空间α-β中的每个坐标点以双线性插值的方式计入bin＝(1/Δ)×(2/Δ)的坐标网格，统计每个网格的坐标点数量构成离散的直方图特征；

步骤5，输出编码：在点云模型中提取数个关键点，每个关键点的自旋图特征量化为一定位数的二进制编码，形成工件模型形状编码。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2中：

所述自旋图的参数包括自旋图的分辨率、自旋图大小和法向量夹角阈值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述自旋图的分辨率指自旋图上一个像素对应实际空间距离，在分辨率一定的情况下，自旋图的大小指顶点周围投影区域的范围大小，随着自旋图尺寸由小变大，自旋图所描述的特征也逐步由局部特征变为全局特征。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

在创建自旋图过程中，有向点x和O的法向量夹角不超过法向量的夹角阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

所述夹角阈值设为π/3。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中：

所述关键点取点云模型中曲率最大的前n个点为关键顶点，并设置顶点之间最小距离的阈值，最终确定三维模型表面按区域分布的n个曲率最大点。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中：

以固定阈值将直方图特征每个bin的数值二值化，将所有关键点的二值编码连接构成整个三维模型的二进制数字编码。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中：

在模型点云中提取20个关键点，每个关键点的自旋图特征量化为153位的二进制编码，总共3060位工件模型形状编码；编码头部设置16位识别码，用于识别合法编码；编码尾部为预留的编码位置，以0填充，用于将来扩充编码；输出编码为长度3600位的二进制数字串并能够转换为900个字符的字符串，以二维码为载体存储编码信息。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于：

在步骤1中，输入点云模型采用高清相机拍摄多角度光栅调制图像获取；

在步骤5中，输出表示工件三维形状特征采用二维码表示。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-9中任一项所述的由工件三维模型生成工件形状特征编码的方法的步骤。