三维点云数据的球心定位方法和光学测量仪器与流程

本申请涉及数据处理，特别是涉及一种三维点云数据的球心定位方法和光学测量仪器。

背景技术：

1、目前，光学显微技术被广泛地应用于科学技术研究、工业测量等各个领域，白光干涉仪和共聚焦显微镜均为可被用于对各种精密器件及材料表面进行亚纳米级测量的检测仪器，由于其具有高精度、高分辨率、非接触扫描成像等功能特点，因此，还可用于实现待测样品的三维形貌重建，因此，还被广泛地应用于半导体制造及封装工艺检测、微纳检测、精密测量和航空航天等领域。

2、在扫描数据的后处理过程中，对于球形样品或者近球形样品（例如微透镜），在获取其曲率半径等核心几何参数时，需要先确定其球心空间坐标。现有方法通常是直接基于扫描点云数据进行球面拟合，以获得样品的球心空间坐标。然而在实际检测中，待测样品往往并非理想球面，其表面可能会存在局部形变现象或者存在非对称特征，这容易导致球面拟合算法难以稳定地收敛，或者使拟合得到的球心空间坐标较大程度地偏离真实值，从而地，会严重影响对于待测样品的后续形貌分析与尺寸评价的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够确定得到高精度的球心空间坐标的三维点云数据的球心定位方法、光学测量仪器、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

2、第一方面，本申请提供了一种三维点云数据的球心定位方法，应用于光学测量仪器，所述方法包括：

3、获取待测样品表面的三维点云数据，并映射至目标平面；目标平面垂直于光学测量仪器的成像高度方向；

4、在目标平面上获取三维点云数据的多个区域点云数据集，得到多个候选圆周；区域点云数据集中包括的各数据点分别对应有高度信息；

5、分别对各候选圆周上的多个数据点进行对称性评估，得到多个候选圆周的对称性评分；

6、基于对称性评分最高的候选圆周包括的多个数据点，确定三维点云数据的球心空间坐标。

7、在一个示例性的实施例中，所述在目标平面上获取三维点云数据的多个区域点云数据集，得到多个候选圆周，包括：

8、确定多个不同预设半径的圆形窗口；

9、控制各不同预设半径的圆形窗口按照预设步进距离在目标平面进行逐行逐列移动，直到各不同预设半径的圆形窗口的移动路径均覆盖目标平面，将各不同预设半径的圆形窗口在不同位置对三维点云数据进行遍历搜索得到的多个区域点云数据集确定为多个候选圆周。

10、在一个示例性的实施例中，目标平面为软件显示界面，点云数据映射形成为用于分析的3d视图，各预设半径对应不同的第一像素点数量；预设步进距离对应第二像素点数量；

11、其中，第一像素点数量为20~200；第二像素点数量为10~40。

12、在一个示例性的实施例中，所述分别对各候选圆周进行对称性评估，得到多个候选圆周的对称性评分，包括：

13、基于各候选圆周的圆心坐标和预设半径，选取各候选圆周的至少两个待分析点对；待分析点对为形成于候选圆周上对称布置的两个数据点；

14、对各候选圆周的各待分析点对进行对称性评估，得到多个候选圆周的对称性评分。

15、在一个示例性的实施例中，采用以下步骤对一个候选圆周的各待分析点对进行对称性评估，得到一个候选圆周的对称性评分：

16、基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的高度信息进行高度对称性评估，得到一个候选圆周中一个待分析点对的高度对称性评分；

17、基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的梯度角进行角度对称性评估，得到一个候选圆周中一个待分析点对的角度对称性评分；

18、基于一个候选圆周中各待分析点对的高度对称性评分以及角度对称性评分，确定一个候选圆周的对称性评分。

19、在一个示例性的实施例中，所述基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的高度信息进行高度对称性评估，得到一个候选圆周中一个待分析点对的高度对称性评分，包括：

20、基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的高度信息，确定该待分析点对包括的两个数据点之间的高度差；

21、基于一个候选圆周的一个待分析点对对应的高度差，确定一个候选圆周中一个待分析点对的高度对称性评分；和/或

22、所述基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的梯度角进行角度对称性评估，得到一个候选圆周中一个待分析点对的角度对称性评分，包括：

23、确定一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的梯度角之间的梯度角差值与180°之间的角度差值；

24、基于一个候选圆周的一个待分析点对对应的角度差值，确定一个候选圆周中一个待分析点对的角度对称性评分；

25、其中，高度对称性评分，与对应待分析点对对应的高度差之间呈负相关关系；角度对称性评分，与对应待分析点对对应的角度差值之间呈负相关关系。

26、在一个示例性的实施例中，所述基于一个候选圆周中各待分析点对的高度对称性评分以及角度对称性评分，确定一个候选圆周的对称性评分，包括：

27、基于一个候选圆周中各待分析点对的高度对称性评分、角度对称性评分、高度权重以及角度权重之间的加权求和结果，确定一个候选圆周中各待分析点对的对称性评分；高度权重与高度对称性评分对应，角度权重与角度对称性评分对应

28、基于一个候选圆周中各待分析点对的对称性评分，确定一个候选圆周的对称性评分。

29、在一个示例性的实施例中，角度权重大于高度权重。

30、第二方面，本申请还提供了一种光学测量仪器，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请第一方面任一项所述的方法的步骤。

31、在一个示例性的实施例中，仪器为白光干涉仪或者共聚焦显微镜。

32、第三方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第一方面任一方法中所描述的部分或全部步骤。

33、第四方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本申请实施例第一方面任一方法中所描述的部分或全部步骤。

34、上述三维点云数据的球心定位方法、光学测量仪器、计算机可读存储介质和计算机程序产品，获取待测样品表面的三维点云数据；根据三维点云数据获取待测样品表面在目标平面的数据，并确定目标平面内的多个候选圆周；分别对各候选圆周上的多个数据点进行对称性评估，得到多个候选圆周的对称性评分；基于对称性评分最高的候选圆周包括的多个数据点，确定三维点云数据的球心空间坐标。在本实施例提供的方法中，具有最高的对称性评分的候选圆周，最能够反映待测样品表面的球面特征，因此，通过具有最高的对称性评分的候选圆周确定三维点云数据的球心空间坐标，能够确保确定得到的球心空间坐标具有较高的精度。

1.一种三维点云数据的球心定位方法，应用于光学测量仪器，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述目标平面上获取所述三维点云数据的多个区域点云数据集，得到多个候选圆周，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标平面为软件显示界面，所述点云数据映射形成为用于分析的3d视图，各所述预设半径对应不同的第一像素点数量；所述预设步进距离对应第二像素点数量；

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述分别对各所述候选圆周进行对称性评估，得到多个所述候选圆周的对称性评分，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用以下步骤对一个所述候选圆周的各所述待分析点对进行对称性评估，得到一个所述候选圆周的对称性评分：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于一个候选圆周的一个待分析点对包括的两个数据点的高度信息进行高度对称性评估，得到一个所述候选圆周中一个所述待分析点对的高度对称性评分，包括：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于一个所述候选圆周中各所述待分析点对的高度对称性评分以及角度对称性评分，确定一个所述候选圆周的对称性评分，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述角度权重大于所述高度权重。

9.一种光学测量仪器，其特征在于，包括存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。

10.根据权利要求9所述的仪器，其特征在于，所述仪器为白光干涉仪或者共聚焦显微镜。