تخمين انحناي ابرهاي نقاط با استفاده از انحناي چتري

Point clouds curvature estimation using umbrella curvature

با توسعه سريع اسكنرهاي سه بعدي ليزري، مدل‌هاي بر پايه نقاط در كاربردهاي مهندسي بسياري مانند كنترل كيفيت، مهندسي معكوس، گرافيك رايانه‌اي و ماشين بينايي به شكل وسيعي مورد استفاده قرار گرفته است. محاسبه انحناي سطح ابرهاي نقاط يكي از موارد پايه بشمار مي‌رود كه در بسياري از كاربردهاي مرتبط با ابرهاي نقاط مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين مقاله روش جديدي براي تخمين انحناي سطوح ابرهاي نقاط، معرفي مي‌گردد. يكي از اجزا تعيين كننده انحناي سطح در ابر نقاط مختصات همسايگي‌هاي نقطه مورد بررسي مي‌باشد. براي تعيين همسايگي‌هاي يك نقطه در ابر نقاط از روشي همسايگي همگن استفاده شده است. در روش تعيين همسايگي همگن، با بهبود روش نزديكترين k همسايگي، علاوه بر نزديك بودن همسايگي‌ها، توزيع آن‌ها در اطراف نقطه مورد بررسي نيز لحاظ مي‌شود. بردار نرمال سطح از مختصات همسايگي‌هاي همگن تخمين زده مي‌شود. در اين پژوهش انحناي سطح در هر نقطه بر اساس بردار نرمال سطح در نقطه مورد بررسي و مختصات همسايگي‌هاي همگن، محاسبه مي‌گردد. انحناي سطح بدست آمده با اين روش انحناي چتري ناميده مي‌شود. براي ارزيابي كارآيي اين روش، مقادير انحناي چتري براي چند ابر نقاط محاسبه گرديده و در چند كاربرد متفاوت استفاده گرديد. نتايج حاصله از كاربرد اين روش تعيين انحناي سطح در كاربردهاي مختلف، نشان از كاربردي بودن روش پيشنهاد شده در تعيين انحناي سطوح ابرهاي نقاط دارد.

With the rapid development of 3D laser scanners, point-based discrete shape modeling is being widely used in many engineering applications, e.g. quality control, reverse engineering, computer graphics and machine vision. Point cloud discrete curvature estimation is considered a basic operation in point cloud operations and is used in many applications related to cloud points. This paper presents a novel method for point clouds surface curvature estimation. One of the key components of point clouds surface curvature calculation is neighbor coordinates of query point. For selecting neighbors, homogeneous neighborhood method is used. This method of choosing neighbors, in addition to the distance, takes into consideration the directional balance by improving the k nearest neighbors. Surface normal vector is estimated by neighbors coordinates. In this paper surface curvature is calculated based on normal vector and homogeneous neighbors coordinates. Surface curvature calculated using the novel method is called umbrella curvature. To evaluate how this method performs, umbrella curvature values are calculated for a number of cloud points and the results are used in some different applications. The results show that the proposed method performs well in point clouds curvature estimation.