本發(fā)明屬于建筑，裝修自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適用于墻面自動抹平過程中，從對不平整墻面進行三維掃描得到的點云數(shù)據(jù)中獲取目標平面的方法。

背景技術(shù)：

在建筑和裝修施工中會使用到一些替代人工的具有抹平墻面功能的機器，從而提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。目前主要有如專利號cn204826568u所述一類產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在工作前都需要解決如何從不平整的墻面實體尋找待抹平的目標平面的空間位置的問題。在一些文獻中也稱為“找基準面”，“找平”，“對齊”，“調(diào)直”等，其本質(zhì)都是要解決相同的問題。

這里所說的目標平面就是抹平后的墻體表面，其與墻面平行并有一定距離。這一目標平面必須在抹平工作開始前確定，并讓機器在此平面內(nèi)工作，將此平面與不平整的墻面之間填充滿砂漿或者膩子等填充材料，就可將不平的墻面抹成平整的墻面。

在前一段的描述中，需要說明的是當述及目標平面與墻面平行時，所述墻面指的是一般情況從整體上來說墻面呈一個平面，而不是弧面錐面等；當述及墻面不平時指的是墻體表面的凹凸不平，這些凹凸在抹平后會消失。例如圖1所示為掃描后的墻面點云示意圖，整體上是呈現(xiàn)平面的形狀，但其表面是凹凸不平的，是整體描述與部分描述的關(guān)系。

現(xiàn)有的抹墻機器如專利號cn204826568u所代表的，是讓抹灰裝置沿兩根直立軌道上下運動完成抹平墻面工作的。因此兩根軌道是否精確在同一平面以及所形成的平面是否和墻面整體上足夠平行就成為影響墻面抹平效果的一個關(guān)鍵因素。

目前的抹墻機器在工作前需要進行“對齊”，這通常有2種方案：1,提前在墻上進行人工打點定位；2，采用傾角儀測量直立軌道的角度。但是前者效率很低，后者或會存在不可接受的誤差。而且使用傾角儀還需提前在抹墻機下面打一排定位點先把抹墻機的底盤定位以后才能調(diào)整直立軌道的傾角。目前這樣的方法效率都較低，而且誤差也大。

另外專利文獻cn104989088a中所述的方法需要較多的人為操作，專利文獻cn104563469a中所述的方法依賴于軌道與不規(guī)則墻表面的距離來進行計算。所有這些方法都會不同程度面臨使用復雜，精度不夠，效率低和不適用于自動化過程的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所涉及方法正是針對解決這一問題而提出的，以獲得更高的精度、效率，易于使用并適用于自動化過程。

由于待抹平的墻面整體呈平面，但表面凹凸不平，如果將墻表面用數(shù)量眾多的點來表示，則理論上這些點從整體上可以決定一個平面，而這些點應(yīng)該分布在該平面上以及該平面的兩側(cè)。如果將這一平面向外靠近抹墻機器一側(cè)，沿該平面的法線方向平移一段適當距離，使得所有點都在該平面的另外一側(cè)，則移動到新位置的平面就可以作為待抹平的目標平面。在該目標平面和不平整的墻表面之間填滿抹平用的填充物就可以實現(xiàn)將墻面抹平的目的。

根據(jù)這一特點，本發(fā)明的核心思想是使用三維掃描裝置對待抹平墻面整體或者部分進行三維掃描，獲得表面的三維點云數(shù)據(jù)，通過計算進一步獲取目標平面，包括以下步驟：

a：使用三維掃描裝置對待抹平墻面進行三維掃描；

b：使用點云處理技術(shù)對三維掃描得到的墻面點云數(shù)據(jù)進行預處理：除去異常點，降噪，下采樣；

c：使用點云處理技術(shù)從預處理過的墻面點云數(shù)據(jù)中提取出墻面的三維空間平面模型1；

d：計算出墻面點云中最凸出的點與平面模型1之間的距離4；

e：將平面模型1沿其法線方向，向墻外側(cè)平移一段距離：距離4與距離5之和，得到目標平面3。

獲得的目標平面3使用如ax+by+cz+d=0形式的空間方程表達，其中a，b，c，d是空間方程的系數(shù)。本發(fā)明所涉及方法使用自動化的三維掃描技術(shù)獲取墻面的點云數(shù)據(jù)，從中提取平面模型，這種方法從整體上處理墻面點云數(shù)據(jù)，能準確全面的反映墻面整體所呈現(xiàn)的平面模型特征，不需要手工干預，精度高、效率高，易于使用并適用于自動化過程。相比其他已有的方法其有益效果是顯而易見的。

附圖說明

以下附圖中，圖1中靠近觀察者一側(cè)為墻表面，遠離觀察者一側(cè)為墻里面，其余附圖中靠左邊一側(cè)為墻表面，靠右一側(cè)是墻里面，其中：

圖1是對墻面進行三維掃描后獲得的點云的示意圖；

圖2表示從墻面點云數(shù)據(jù)中提取到平面模型1；

圖3是側(cè)視圖，其中1是從墻面點云數(shù)據(jù)提取的平面模型，2是墻面最凸出點處的平面模型，該平面模型2與平面模型1平行，3是所需的目標平面，4是墻面最凸出點與平面模型1之間的距離，5是最小抹平厚度；

圖4從整體上表示通過墻面點云數(shù)據(jù)獲取目標平面3。

具體實施方式

應(yīng)理解，本發(fā)明的附圖和描述已經(jīng)被簡化來顯示相關(guān)的方法過程，以清楚地理解本發(fā)明，而為了清楚可見，省略了其他已經(jīng)是眾所周知的背景知識的說明。該領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將認識到，為了實現(xiàn)本發(fā)明，其他部分/方法是所希望的和/或者所需要的。但是，因為這些部分/方法在該領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的，并且因為他們不能夠有助于更好地理解本發(fā)明，所以在這里就不提供關(guān)于這些部分/方法的討論。

三維掃描技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，各種基于激光/結(jié)構(gòu)光技術(shù)的三維掃描裝置已經(jīng)可以進行高精度的三維掃描作業(yè)，精度可以達到0.01毫米級別或更高。另外對點云數(shù)據(jù)進行處理的方法和軟件技術(shù)也有了很大的發(fā)展，各種點云處理軟件庫，已經(jīng)提供了大量的對點云進行各種操作的接口，使用十分方便高效，已有廣泛的應(yīng)用。這使得本發(fā)明所涉及方法能得以實際實施并且易于實施。

根據(jù)本發(fā)明所涉及方法的核心思想，使用與抹墻機器具有可以確定位置關(guān)系的三維掃描裝置，對墻面進行三維掃描，對獲得的呈平面狀的點云進行處理并從中提取出墻面的平面模型1，從而進一步得到目標平面3，這個目標平面3用于抹墻機器工作時進行位置調(diào)整和抹平作業(yè)。

使用適當精度的三維掃描裝置對待抹平墻面進行三維掃描，得到包含墻面三維信息的點云數(shù)據(jù)。圖1顯示的是對墻面進行三維掃描后得到的點云示意圖，可以看出點云整體呈現(xiàn)平面的形狀，可以從此點云中提取出墻面的平面模型，這一模型可以精確反映墻面的平面特征。

使用點云處理技術(shù)對三維掃描獲得的墻面點云數(shù)據(jù)進行預處理：除去噪聲點、離群點，進行下采樣等。在獲取點云數(shù)據(jù)時，由于設(shè)備精度、操作者經(jīng)驗、環(huán)境因素等帶來的影響，以及電磁波衍射特性、墻表面性質(zhì)變化的影響，點云數(shù)據(jù)中不可避免的出現(xiàn)一些噪聲點，另外還可能會存在一些遠離主體點云的離群點。這些點對后續(xù)處理影響很大，必須進行濾波預處理后才能更好的進行后續(xù)操作。另外掃描產(chǎn)生的點云往往數(shù)量巨大，而一些平坦區(qū)域只需要較少的點即可表示，因此需要進行下采樣操作，減少點的數(shù)量并保持點云的形狀特征，提高后續(xù)處理的速度。需要說明的是這些處理方法是點云處理技術(shù)中常見內(nèi)容，因此不對其原理做進一步的解釋說明。

使用點云處理技術(shù)從預處理后的點云數(shù)據(jù)中提取出墻面的平面模型1，如圖2所示。這樣就將墻面物理實體轉(zhuǎn)化成適合于軟件處理的抽象平面模型，并且這個平面模型1是從整體上對墻面平面特征的反映，因此更加準確。同樣需要說明的是從點云提取平面模型的方法在點云處理技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆诔Ｒ妰?nèi)容，已經(jīng)有多種實現(xiàn)，例如隨機采樣一致性算法等，在此不做進一步的詳細說明。

計算出墻面點云中最凸出的點與平面模型1之間的距離4，如圖3所示。將平面模型1沿自身法線方向往外側(cè)平行移動到最凸出點位置得到平面模型2，則除了最凸出的點在該平面模型2上，其他點都在該平面模型2的內(nèi)側(cè)，通過計算得到最凸出點與平面模型1之間的距離，也就是平面模型1和平面模型2之間的距離4。這里的距離計算方法也屬于點云處理計算領(lǐng)域的常見內(nèi)容。

將步驟3得到的平面模型1沿其自身法線方向往墻面外側(cè)平移一段距離：距離4與距離5之和，就得到目標平面3，如圖4所示。其中距離5是墻面最凸出點處的抹平厚度，也就是最小抹平厚度，其他地方的厚度均大于這一厚度，最小抹平厚度由使用者在實際抹平工作時確定。所得到的目標平面3使用如ax+by+cz+d=0形式的空間方程表達，其中a，b，c，d是空間方程的系數(shù)。

進一步的說明，本發(fā)明所涉及方法最終得到目標平面3，由于目標平面3和掃描裝置在同一坐標系中，進一步掃描裝置和抹墻機器是具有可以確定的位置關(guān)系的，所以獲得的目標平面3可以用于抹墻機器工作時進行位置調(diào)整以及進行抹平作業(yè)。由于掃描過程可以自動化進行，同時使用點云處理技術(shù)提取平面模型的過程也是軟件處理的，并且對于墻面凹凸變化較大的區(qū)域可以進行靈活的分割處理，因此本發(fā)明所述方法適用于自動化過程，并且效率高，精度高。

上面所描述的實施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以進行很多部分/方法的替代，這里所描述的實施例僅僅是示例，并不限制本發(fā)明的范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。