点云模板制作策略

本节介绍如何根据实际情况选择点云模板制作方法，以及如何选取特征点云。

选择点云模板制作方法

下表列出了常见的点云模板制作方法，并介绍了各方法的适用场景及示例。

点云模板制作方法 适用场景 示例

通过导入STL文件生成点云模板

无序抓取场景，或工件位姿变化会引起特征点云显著变化的场景，例如无序钣金件、无序棒料场景。

template production process 1 1

template production process 1 2

通过相机采集点云生成点云模板

相对有序抓取场景，或工件表面特征点云无明显变化的场景，例如周转箱、有序壳体场景。

template production process 2 1

template production process 2 2

通过创建简易几何体生成点云模板

仅适用于有序圆棒、有序圆环、有序矩形工件、无序棒料场景。

template production process 3 1

template production process 3 2

通过步骤输入尺寸信息生成点云模板

适合用于用户根据需要动态调整步骤参数，以实现点云模板切换的场景。例如有序刹车盘、有序棒料场景。

template production process 4 1

template production process 4 2

如果选择通过步骤输入的尺寸信息生成点云模板，则需要将3D匹配步骤的输入输出设置（高级/专家调试等级）中开启外部模板，然后步骤新增“面模板点云”、“边缘模板点云”、“物体中心点”输入端口，用于输入工程信息。

选取特征点云

制作点云模板时，需从原始点云中去除可能干扰匹配的非关键点云，然后选取最具代表性的点云作为点云模板，以优化后续匹配过程，提升匹配效率和准确性。下文将介绍如何根据实际场景选取特征点云。

工件点云较完整的场景

通过导入STL文件生成点云模板

边缘点云模板

  • 工件存在对称性

    在实际应用中，工件通常具有多种放置姿态，仅需提取并留存可代表工件边缘特征的点云作为点云模板。

    如下图为圆管边缘点云模板。由于圆管形似圆柱体且存在对称性，所以只需保留圆柱体侧面的边缘点云。同时为了确保能够精确定位圆管的两端，还需保留圆管两端的边缘点云。

    select feature round tube edge

    下表为圆管在不同放置姿态时对应的边缘点云。

    圆管放置姿态 对应的边缘点云（黄色）

    select feature round tube pose 1

    select feature round tube edge 1

    select feature round tube pose 2

    select feature round tube edge 2

    select feature round tube pose 3

    select feature round tube edge 3

  • 工件不存在对称性

    如下图所示为钣金件边缘点云模板。由于钣金件不存在对称性，所以需保留工件所有视角的边缘点云。

    select feature sheet metal parts edge
面点云模板

面点云模板在验证位姿正确性和计算位姿置信度时起到关键作用，所以制作面点云模板时更推荐使用完整工件的面点云，以提高面点云模板的有效性。如下图所示为圆管的面点云模板。

select feature round tube surface

使用STL模型生成点云时，需先判断STL模型法线是否正确。如果STL模型的法线存在异常，则STL模型所生成的点云法线也将存在异常，直接影响匹配效果。

关于如何检查STL模型法线以及修正STL模型，可参考STL模型修正。

通过相机采集点云生成点云模板

当使用相机采集点云的方式制作点云模板时，需确保相机采集的点云能够真实还原工件特征，同时需删除干扰点云。

如下图所示为壳体点云模板，删除了壳体下方的背景点云与侧面的粘连点云（橘黄色）。

select feature housings

反光导致点云缺失的场景

不同工件点云缺失部位差异较大

在工件表面反光造成点云不完整，且不同工件的点云缺失部位不相同时，相机采集完整工件点云较困难。为了在匹配过程中能够有效应对不同的点云缺失情况，建议通过导入STL文件生成点云模板。

select feature point cloud missing different

不同工件点云缺失部位相似

在工件点云缺失部位相同时，推荐通过相机采集点云生成点云模板，由于模板的点云与实际场景点云更加接近，所以匹配效果更好，并且置信度阈值的设定也会更加直观和容易。

select feature point cloud missing same

相机视野无法覆盖完整工件的场景

当相机视野无法覆盖完整工件时，应优先确保工件上用于匹配的关键特征点云位于相机视野中，可酌情去除可能因视角限制而采集不全的视野边缘部分的工件点云。

如下图所示为长条形钣金件点云模板。假设右侧红框标记范围为相机视野，为保证匹配稳定性，推荐选取绿框标记范围内的点云为点云模板，并且相机拍照时务必确保绿框标记范围位于相机视野内，尤其是右侧边缘部分位于相机视野内。

select feature camera cannot cover target object

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