(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221085243 6.8 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 赵天任　章青　蒋晗　张子峰　 李朋飞　王亚泽　 (51)Int.Cl. G06V 20/64(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/75(2022.01) (54)发明名称 大型模块钢结构端口点云轮廓提取方法 (57)摘要 本发明公开了一种大型模块钢结构端口点 云轮廓提取方法， 包括利用钢结构 模块的预先设 计的三维标准模 型， 建立各个钢结构端口的包容 域模型， 并建立基于包容域模型提取点云的判定 准则； 对于某一端口点云， 人工将对应的钢结构 包容域三维模 型进行初始近似匹配， 然后建立变 换矩阵， 利用改进遗传模拟退火算法对所述的变 换矩阵进行优化， 对包容域三维模型进行变换， 进行优化匹配。 最后根据判定准则， 判定数据点 是否位于包容域内， 进行提取。 从而得到一个优 化提取后的钢结构端口点云轮廓。 本方法基于钢 结构三维标准模 型和改进遗传模拟退火算法， 达 到了快速精确提取大型模块钢结构端口点云轮 廓的目的， 适用性较强， 效率较高。 权利要求书2页 说明书3页 附图3页 CN 115171095 A 2022.10.11 CN 115171095 A 1.大型模块钢结构端口点云轮廓提取 方法， 其特 征在于包括以下步骤： 步骤一、 利用激光扫描仪拍摄钢结构模块， 将得到的整体模块点云数据导入计算机 中， 进行格式转换， 导入到点云处理软件Cloudcompare， 利用PCL点云库中的算法进行降噪处理 工作； 步骤二、 在Cl oudcompare中截取并保留所述的钢结构模块的所有 端口点云完整轮廓； 步骤三、 利用钢结构模块的预先设计的三维标准模型， 建立各个钢结构端口的包容域 模型， 并建立基于包容 域模型提取点云的判定准则， 具体步骤为： 第一步， 根据三维标准模型中的各个钢结构端口模型的尺寸大小， 考虑到实 际生产过 程中会导致一定误差， 将各个钢结构的壁 厚尺寸增大1.1倍， 建立各个钢结构端口的包容域 三维模型， 例如H型钢包容域三 维模型， 圆柱型钢包容域三 维模型， 方型钢包容域三 维模型， C型钢包容 域模型等 等； 第二步， 建立基于包容域模型提取点云数据的判定准则 。 分别以各类钢结构为例， 进行 所述的判定准则的具体描述： H型钢包容域模型中， 利用点在立方体内的存在定理， 设H型钢总包容域为{D|D＝D1∪D2 ∪D3}， 子包容域为D1、 D2、 D3,数据中各个点pi分别在子包容域生成随机射线设为lpi， 设lpi与 各个子包容 域Di的边界交点 为Ai， 则满足： lpi∩Di＝Ai 设式中， Ai的求解个数为nri， 当nri为奇数时， 点pi属于包容域内， 当nri为偶数时， 点pi属 于包容域外； C型钢与所述的H型钢 判定准则同理， 判断数据点是否存在于包容 域模型中； 圆柱形钢包容域模型中， 设各数据点到包容域模型轴线的距离为di， 则当满足以下条 件， 该轮廓点予以保留： Rmin≤di≤Rmax 式中， Rmin为包容域内径， Rmax为包容域外径； 方型钢包容域模型为一同心矩形域。 通过提取外轮廓内的点集与内轮廓的点集， 两点 集相减， 即得到所有同心 矩形域内的数据点。 步骤四、 针对步骤二所述的所有端口点云完整轮廓， 对于某一端口点云， 将步骤三所建 立的对应的钢结构包容域三 维模型导入到Cloudcompare中， 并人工将其调整至与端口点云 近似重合 位置， 进行初始的近似匹配； 步骤五、 进行包容 域三维模型与端口点云的优化匹配， 具体步骤为： 第一步、 在Cloudcompare中建立O ‑xyz公共坐标系， 以端口点云为基准， 对包容域三维 模型进行优化变换， 建立变换矩阵， 其中， 旋转矩阵为RCOR,平移矩阵为TCOR： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115171095 A 2式中， 分别为沿x、 y、 z三个轴向的旋转角度， 分别为沿x、 y、 z三个 轴向的平 移量； 第二步， 以 和 为设计变量， 由于端口点云中大部分数据点为结构轮 廓， 则将目标函数设定为有最多点位于变换后的包容域三 维模型内， 即设定目标函数fnum满 足： fnum＝max ni∈D' 式中， D'为变换后的包容域， ni为变换后包容域D'内的包容点个数。 利用改进遗传模拟 退火算法(IGA ‑SA)对所述的变换矩阵进行优化。 第三步， 根据上述 步骤得到优化后的变换矩阵， 对 包容域三维模型进行变换。 步骤六、 根据步骤三所述的判定准则， 将位于所述的包容域三维模型内的数据点保留， 并将位于所述的包容域三 维模型以外的点删除， 进而得到一个优化提取后的钢结构端口点 云轮廓。 步骤七、 对所有 端口点云， 重复上述 步骤四到步骤六， 进 而提取所有端口点云轮廓。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115171095 A 3