استخدام مكتبة OpenCV للتعرف على الأقواس الإهليلجية في أقسام ثنائية الأبعاد من السحب ثلاثية الأبعاد

فيما يتعلق بانتشار الماسحات الضوئية الليزرية الميسورة التكلفة (lidars) القادرة على استقبال السحب النقطية ثلاثية الأبعاد ( 3DOT ) والتطبيق الأوسع لهذه التقنية في مجالات مختلفة (من الهندسة الميكانيكية إلى الأمن ، من صناعة النفط إلى الهندسة المعمارية) ، فقد انتعش الاهتمام بمعالجة الخوارزميات غيوم من النقاط.

أحد التطبيقات الشائعة لـ 3d في الصناعة هو إنشاء وثائق التصميم للمعدات المنشأة أو القديمة أو المحولة فقط ، والتي تتكون عادة من خطوط الأنابيب والهياكل الأخرى للهندسة الأسطوانية.

للكشف عن الأوليات الهندسية في 3DOT ، يتم استخدام المكتبات ثلاثية الأبعاد المتخصصة ، على سبيل المثال ، Microsoft PCL. النهج مع استخدام المكتبات الجاهزة ، إلى جانب المزايا ، له عيوب. على سبيل المثال ، من الصعب دمجها في مخططات معالجة Kadov الحالية ، والتي عادة ما يكون لها بعد ثنائي الأبعاد.

دعونا نفكر كيف سيكون من الممكن معالجة 3dOT ، على سبيل المثال ، محطة ضخ ، بدءًا من أقسام ثنائية الأبعاد واستخدام ترسانة كاملة من المعالجة ثنائية الأبعاد ، والتي تتوفر في مكتبات معالجة الصور الموثوقة والمحسنة ، على سبيل المثال OpenCV .


الشكل 1. نموذج 3D OT لمحطة ضخ

العنصر الرئيسي للأقسام التي تم الحصول عليها عن طريق مسح هياكل الأنابيب المختلفة هو الأقواس الإهليلجية .


الشكل 2: المقطع العرضي الأفقي لنموذج ثلاثي الأبعاد لمحطة ضخ بمستوى متوسط.

بالنسبة لهذه المقالة ، نقتصر في اعتبارنا على خوارزمية رئيسية واحدة تسمح لنا باكتشاف الأقواس الإهليلجية التعسفية - هذه خوارزمية تكرارية لنمو أجزاء القوس وربط المنطقة ( نمو المنطقة وربط الحافة ).

خوارزميات النمو هي الأكثر وضوحًا والتي يمكن التحقق منها بسهولة ، وإن كانت تستغرق وقتًا طويلاً مقارنة بالخوارزميات الإحصائية ، والتي تكون مناسبة بشكل أفضل للحالة عندما يحتوي المشهد على أشياء بعيدة مقرونة بشكل فضفاض تنتمي إلى القطع الناقص. ستتم مناقشة هذه الخوارزميات في المقالات المستقبلية.

 Mat mat(size);
 vector<vector<Point>> contours;
 findContours(mat, contours, RETR_EXTERNAL, CHAIN_APPROX_SIMPLE);

 drawContours(mat, contours, -1, Scalar(255), -1);

 contourTypeSearch(
   const vector<Point> &contour, Vec4i &def, RotatedRect &rc);

 contourConvFeature(mat, &def, … );

 vector<int> *hull = new vector<int>();
 convexHull(contour, *hull);
 vector<Vec4i> *defs = new vector<Vec4i>();
 convexityDefects(contour, *hull, *defs);

 nearestContourPtIdx(const vector<Point> &contour, const Point& pt);

R = bulge / 2 + SQR(hypot) / (8 * bulge);

 typedef tuple<int , // 
   RotatedRect, //  
   Vec4i, //  
   int> // 
   RectDefMetric;

خوارزمية لربط مقاطع القوس عند نقاط النهاية

 vector<Point> *patch =
    growingContours(contour, def, tmp, hull);

typedef tuple<
   double, //    2      2   
   bool, bool, //,  4   
   int, // 
   Vec4i> //  
   DistMetric;

 RotatedRect box = fitEllipse(patch);

 pair<int, int>
   ellipseAngles(const RotatedRect &box,
   vector<Point> &ell, const Point &ps, 
   const Point &pe, const Point &pm) 
 {
    vector<Point> ell0;
    ellipse2Poly(Point(box.center.x, box.center.y), 
      Size(box.size.width / 2, box.size.height / 2),
      box.angle, 0, 355, 5, ell0);
    int i0 = nearestContourPtIdx(ell0, ps);
    int i1 = nearestContourPtIdx(ell0, pe);
    cutSides(ell0, i0, i1, i2, ell, nullptr);
    return pair<int, int>(i0, i1);
}

 void cutSides(
   const vector<Point> &ell0, int i0, int i1, int i2, 
   vector<Point> *ell_in, vector<Point> *ell_out)
 {
   if (i0 < i1) {
      if (i2 > i0 && i2 < i1) {
         if (ell_in) {...}
            if (ell_out) {...}
        } else {
            if (ell_in) {...}
            if (ell_out) {...}
        }}
    else {
        if (i2 > i1 && i2 < i0) {
            if (ell_in) {...}
            if (ell_out) {...}
        } else {
            if (ell_in) {...}
            if (ell_out) {...}
        }}}