基于管道工厂点云的几何建模方法
专利汇可以提供基于管道工厂点云的几何建模方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及三维点 云 建模技术领域，公开了一种基于管道工厂点云的几何建模方法，包括以下步骤：S1、获取管道工厂点云；S2、计算点云中每个点的法向量和 置信度 ；S3、略去置信度低于预设 阈值 的点，统计剩余点的法向量，获得管道工厂地面的法向量；S4、根据管道工厂地面的法向量检测管道工厂中的管道，得到管道工厂的三维 几何模型 。本发明没有直接使用点云中点的法向量，避免了估算出来的法向量不准确带来的问题，可以快速且准确地检测出管道工厂中具有特定几何结构特征的管道，从而提高了建模的准确性。，下面是基于管道工厂点云的几何建模方法专利的具体信息内容。
1.一种基于管道工厂点云的几何建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取管道工厂点云；
S2、计算点云中每个点的法向量和置信度；
S3、略去置信度低于预设阈值的点，统计剩余点的法向量，获得管道工厂地面的法向量；
S4、根据管道工厂地面的法向量检测管道工厂中的管道，得到管道工厂的三维几何模型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中计算点云中每个点的法向量具体包括以下步骤：
对于点云中的任一点，取该点所在空间上的一个邻域，将该邻域中的点拟合为一个平面，将所得平面的法向量作为该点的法向量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中计算点云中每个点的置信度具体包括以下步骤：
对于点云中的任一点，取该点所在空间上的一个邻域，对该邻域中的点进行主分量分析，得到从大到小排序的三个特征值，记为λ1，λ2，λ3；
该点的置信度计算公式为： 其中ε为预设值，将所有点的置信度归一化到区间[0，1]。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
定义用于确定三维空间中的法向量的两个角度α，β，其中α为法向量在z＝0平面的投影与x轴的夹角，0≤α＜2π，β为法向量与z＝0平面的夹角，
构造三维柱状图，x轴表示α的值，分为m等份；y轴表示β的值，分为n等份；z轴表示落在相应区域的法向量个数；
略去置信度低于预设阈值δ的点，对剩余点的法向量采用所述三维柱状图进行统计，然后对三维柱状图中z值最大的区域中的法向量所对应的点求最大连通分量，将最大连通分量中的点进行最小二乘拟合得到一个平面，该平面的法向量即为管道工厂地面的法向量。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中使用随机抽样一致性算法检测管道工厂中的管道。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，用圆柱表示管道，步骤S4具体包括以下步骤：
S41、初始化：
记w为地面的法向量，取两个向量u，v，使u，v，w构成一个正交向量组，以u，v，w为坐标轴定义一个新坐标系uOv，将点云中的所有点变换到uOv坐标系中，令Ψ表示检测出来的圆柱集合，C表示候选圆柱集合；
S42、分两种情况获取候选圆柱：
对于候选圆柱垂直于地面的情况，在点云中任选3个点投影在w＝0平面上，如果投影后的点不共线，则确定一个圆，根据该圆的半径、圆心和w方向构成一个垂直于地面的候选圆柱；
T
对于候选圆柱平行于地面的情况，在点云中任选4个点，记为xi＝(xi，yi，zi)，其中iT
＝1，2，3，4，T表示转置，假设候选圆柱的方向为s，其中s＝(cosθ，sinθ，0)，θ表示候T
选圆柱方向与u轴的夹角，令t＝(-sinθ，cosθ，0)，将xi投影到t，w所确定的平面E上，得到一组新的二维坐标：
记x1′、x2′、x3′、x4′分别为A，B，C，D，则在投影平面E上，如果A、B位于C、D所确定的直线的同侧，则∠ACB＝∠ADB时A，B，C，D共圆；否则，∠ACB+∠ADB＝π时A，B，C，D共圆，令
f1(θ)＝cos∠ACB-cos∠ADB，f2(θ)＝cos∠ACD+cos∠ADB
解得到两个方程f1(θ)＝0，f2(θ)＝0的根，然后根据θ得到A、B、C、D共圆所构成的圆的半径、圆心以及方向s，根据该圆的半径、圆心和s方向构成一个平行于地面的候选圆柱；
将上述两种情况获得的所有候选圆柱添加到C中；
S43、在C中选取得分最大的候选圆柱，记为m，其中候选圆柱的得分定义为该圆柱所近似的点的个数，如果P(|m|，|C|)＞pt，则将m添加到Ψ，并且从点云中删除m所近似的点，从C中删除m；圆柱所近似的点指在一定误差范围内符合圆柱的点；
其中，|m|表示候选圆柱m所近似的点数，|C|表示C中元素的个数，P(n，s)＝s
1-(1-P(n))， P(n)表示从大小为N的点云中一次性检测到包含k个
点的圆柱的概率，P(n，s)表示获取s个候选圆柱后检测到一个包含n个点的圆柱的概率，pt为预设的概率阀值， 表示从n个点中取k个点的所有组合的个数， 表示从N个点中取k个点的所有组合的个数，点云的大小指点云中所包含的点的个数；
S44、如果P(τ，|C|)＞pt，则结束；否则，跳转到步骤S42，继续获取候选圆柱，其中τ表示圆柱所近似的最小点数，为预设值；
检测结束后，根据Ψ中圆柱所近似的点集，得到管道的起点和端点，从而构造出管道工厂的三维几何模型。
7.如权利要求1～6中任一项所述的方法，其特征在于，所述管道工厂点云通过激光扫描得到。
基于管道工厂点云的几何建模方法
技术领域
背景技术
发明内容
示候选圆柱方向与u轴的夹角，令t＝(-sinθ，cosθ，0)，将xi投影到t，w所确定的平面E上，得到一组新的二维坐标：
点的圆柱的概率，P(n，s)表示获取s个候选圆柱后检测到一个包含n个点的圆柱的概率，pt为预设的概率阀值， 表示从n个点中取k个点的所有组合的个数， 表示从N个点中取k个点的所有组合的个数，点云的大小指点云中所包含的点的个数；
具体实施方式
候选圆柱方向与u轴的夹角，如图2所示。令t＝(-sinθ，cosθ，0)，将xi投影到t，w所确定的平面上，得到一组新的二维坐标：
概率，P(n，s)表示获取s个候选圆柱后检测到一个包含n个点的圆柱的概率。pt为用户预先定义的概率阀值，本实施例中取0.99， 表示从n个点中取k个点的所有组合的个数，表示从N个点中取k个点的所有组合的个数，点云的大小指点云中所包含的点的个数。
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