1、第三章 數(shù)據(jù)預(yù)處理,逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo) （1） 理解：預(yù)處理的方法。 （2） 掌握: 數(shù)據(jù)對齊、數(shù)據(jù)平滑精簡、誤差 點的識別去除及其數(shù)據(jù)分塊方 法。,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 多視點云對齊 第三節(jié) 數(shù)據(jù)誤差點識別和去除及平滑、精簡 第四節(jié) 數(shù)據(jù)分塊,第一節(jié) 概述,？,目前，非接觸式測量方法在工業(yè)界得到越來越廣泛的應(yīng)用，這種測量方法測得的數(shù)據(jù)量大，散亂分布。點云數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響后續(xù)的曲面、曲線重構(gòu)過程。,點云預(yù)處理 需在對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維數(shù)模重建前，對 點云進(jìn)行的一些必要處理。,點云預(yù)處理,多視點云的對齊、拼合,點云過濾,數(shù)據(jù)精簡,點云分塊,數(shù)據(jù)預(yù)處理流程,讀入點云,是否存在多視點云,

2、檢查數(shù)據(jù),對齊多視點云,過濾、精簡,點云分塊,是,否,第二節(jié) 多視點云的對齊,多視點云: 為了完成整個物體測量，常把物體表面分成多個局 部相互重疊的子區(qū)域，從多個角度獲取零件不同方 位的表面信息，從各個視覺分塊測量得到多個獨(dú)立 的點云。 逆向工程的對齊問題可歸結(jié)為三維剛體的坐標(biāo)變換 問題。,目前，處理多視對齊的兩種方式： 通過專用的測量裝置實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的直接對齊； 自動工件移動轉(zhuǎn)換平臺，直接記錄工件在測 量過程中的移動量和轉(zhuǎn)動角度。 事后的數(shù)據(jù)對齊處理。,CMM 等接觸式測量方式 -通過測量軟件直接記錄數(shù)據(jù)點進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償； 激光掃描測量方式 -將多視傳感器安裝在可轉(zhuǎn)動的精密伺服機(jī)構(gòu)上，按生成的

3、多傳感器檢測規(guī)劃，將視覺傳感器的測量姿態(tài)準(zhǔn)確地調(diào)整到預(yù)定方位，由精密伺服機(jī)構(gòu)提供準(zhǔn)確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。,事后的數(shù)據(jù)對齊處理： 根據(jù)處理先后順序的不同，事后的處理方法可分為以下兩種： 一是先拼合點云，再重構(gòu)出原型。 二是對各分塊點云構(gòu)造局部幾何形體，最后把這些局部幾何形體拼合成完整的數(shù)據(jù)。 （三基準(zhǔn)點對齊方法）,第三節(jié) 數(shù)據(jù)平滑、精簡及誤差點識別和去除,實際中常用的是掃描線點云、散亂點云。 （1）數(shù)據(jù)點云的誤差點識別和去除 掃描線點云： 根據(jù)被測對象的幾何形狀，鎖定一個坐標(biāo)軸進(jìn)行數(shù)據(jù)掃描 得到的，是一個平面數(shù)據(jù)點集。 跳點（失真點）：由測量設(shè)備的標(biāo)定參數(shù)發(fā)生改變和測量環(huán)境突然變化造成。 判斷方法：

4、在同一個截面的數(shù)據(jù)掃描中，存在一個點與其相鄰的點偏距較大，可以認(rèn)為這樣的點是“跳點”。 壞點 散亂點云：誤差點，借助三角面片,（2）數(shù)據(jù)點云的平滑處理 對齊處理后的完整點云，包含數(shù)以百萬記得點。 噪聲點：由于測量過程中受到各種人為和隨機(jī)因素的影響而產(chǎn)生的，影響后續(xù)的模型重建及生成的模型質(zhì)量的點。 需要進(jìn)行點云的平滑濾波，以得到精確的模型和高質(zhì)量的特征提取效果。,（3）數(shù)據(jù)點云的精簡 如何處理大批量的數(shù)據(jù)點云-激光掃描測量造型的主要問題。 *在保證一定精度的前提下，減少數(shù)據(jù)量。 散亂點云-隨機(jī)采樣 掃描點云和多邊形點云-等間距縮減、倍率縮減、等量縮減等 數(shù)據(jù)的精簡操作只簡單的進(jìn)行原始點云的刪減，

5、不產(chǎn)生新點。,第四節(jié) 數(shù)據(jù)分塊,數(shù)據(jù)分割（ Data Segmentation ） 根據(jù)組成實物外形曲面的子曲面類型，將屬于同一 子曲面類型的數(shù)據(jù)成組，將全部數(shù)據(jù)將劃分成代表 不同曲面類型的數(shù)據(jù)域，后續(xù)的曲面模型重建時， 先分別擬合單個曲面片，再通過曲面的過渡、相 交、裁減、倒圓將多個曲面“縫合”成一個整體， 即重建模型。,數(shù)據(jù)分割方法： 基于測量的分割 在測量過程中，測量人員根據(jù)實物的外形特征，將外形曲面劃分為不同的子曲面，并對曲面的輪廓、孔、槽邊界等特征進(jìn)行標(biāo)記。 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行測量路徑的規(guī)劃，將不同的曲面特征數(shù)據(jù)保存在不同的文件中，輸出CAD軟件時，可以實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)類型的分層處理及顯示

6、，為造型形成極大的方便。 這種方法適合于曲面特征比較明顯的實物外形和接觸式測量，當(dāng)然操作者的水平和經(jīng)驗將對結(jié)果產(chǎn)生直接影響。,自動分割 基于邊的方法： 數(shù)據(jù)點集中根據(jù)組成曲面片的邊界輪廓特征、二個曲面片之間的相交、過渡特征，以及形狀表面曲面片之間存在的棱線特征，確定出相同曲面類型的曲面片的邊界點，連接邊界點形成邊界環(huán)，判斷點在環(huán)內(nèi)還是環(huán)外，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分割。 基于面的方法： 嘗試推斷出具有相同曲面性質(zhì)的點，然后進(jìn)一步?jīng)Q定所屬的曲面，最后由相鄰的曲面決定曲面間的邊界。,通常的數(shù)據(jù)處理包括： （1）補(bǔ)償點產(chǎn)生 對于接觸式掃描，需要恢復(fù)這些初始表面上的點，因為從接觸式方法獲得的坐標(biāo)值并不真正代表接觸點的

7、坐標(biāo)，而反映的是探頭的中心或頂部的值。因此有必要對這些坐標(biāo)值進(jìn)行補(bǔ)償轉(zhuǎn)換，從測量數(shù)據(jù)生成補(bǔ)償點。 （2）噪聲點刪除 由于受測量設(shè)備的精度、操作者經(jīng)驗和被測實物表面質(zhì)量等諸多因素的影響，會造成測量數(shù)據(jù)誤差點的產(chǎn)生，對這類誤差點，習(xí)慣上被稱為噪聲點。 因此，需要刪除這些噪聲點，以減少誤差點對后序相鄰區(qū)域平滑或細(xì)化等處理步驟不可預(yù)見的干擾和影響。 通常刪除噪聲點的方法是首先通過圖形交互顯示，判別明顯瑕疵點，可以采用手工刪除或通過角度判斷法進(jìn)行去除噪聲點處理。,總結(jié)：,（3）數(shù)據(jù)點精簡 （4）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 由于在單次測量時，數(shù)據(jù)點的三維坐標(biāo)是建立在測量臺的局部坐標(biāo)上的，因此需要對不同次的測量結(jié)果需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。 對逆向工程中的測量數(shù)據(jù)，通常有四種類型的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：平移、旋轉(zhuǎn)、縮放和鏡面對稱。,（5）數(shù)據(jù)點加密 表面上與數(shù)據(jù)點精簡相矛盾，但實際上由于各種測量設(shè)備以及測量方式的不同，造成測量數(shù)據(jù)點分布結(jié)果不同。 通常測量儀器所采集的數(shù)據(jù)在較平緩的區(qū)域采集到的數(shù)據(jù)點較少，甚至沒有，這會