[发明专利]一种基于切片点云的数据特征提取方法

说明书

本发明提供了一种基于切片点云的数据特征提取方法，包括：切片生成，将离散点云集Ω＝{p₁，p₂，...，p_N}，p_i＝{x_i，y_i，z_i}∈R³生成点云切片；空间变换，确定图像空间中共线的点以及参数空间中相交的线的关系；特征线提取，求图像空间XY里从n个方向经过(x_i，y_i)的直线所对应的(λ，θ)坐标，斜率p＝tanθ，根据q＝‑xp+y计算q取平均值，特征直线方程y＝px+q。若为直线点云，某行角度值对应的λ值的标准差有极小值，对应点在同一直线上；当为图形点云，某行角度对应的λ值之间误差≤0.05m，对应点在同一直线上。当图形点云中直线的θ值之差为0′～20′，λ值之差≤0.05m，相应直线认为是同一直线。若图形点云中包含空洞，若相邻特征线的距离d＞0.5m，认为是自然中断，若相邻特征线的距离d≤0.5m，认为是同一条直线。

技术领域

本发明属于三维图像处理领域，具体涉及一种基于切片点云的数据特征提取方法。

背景技术

三维激光扫描技术以获取被测物体三维轮廓数据为目的，能够非接触式地快速准确获取其表面三维空间位置坐标，是整个三维数据获取和重构技术体系中最新的技术，它借助于计算机软件处理，用点、线、多边形、曲线、曲面等形式将立体模型描述出来，重建出实体的表面模型。随着算法理论、计算机能力和精密工业技术研究的深入和发展完善，人们对空间三维信息的需求更加迫切，三维激光扫描技术已在众多领域得到了广泛的应用，比如说文物保护、电影特技、测绘工程、环境监测和逆向建模等方面。但是如何从海量点云中快速精确地提取实体的特征线是三维激光扫描技术实现从二维到三维模型重构，实现三维数据可视化及矢量化的关键问题。

中国发明专利CN201710389006.6公开了一种基于协方差矩阵和投影映射的点云特征曲线提取方法。该方法利用协方差矩阵的特征值作为特征聚成多个带状聚类，然后在各个聚类内部根据主方向提取出关键特征点，将关键特征点投影到以该关键点为中心的利用移动最小二乘法拟合出的局部曲面上，形成光滑的特征线。解决了现有特征线提取方法存在对模型细微特征不敏感、时间代价高、抗噪性较差的缺点。

又如中国发明专利CN201210210773.3公开了基于分步三维空间-特征域映射的点云直线特征提取方法，该方法首先对每个点进行邻域搜索，并用邻域点集确定某点的空间方向，通过在参数空间观察指向分布找出可能存在的直线方向。将原始点云按照提取的直线方向投影，在二维平面直线上的点理论上会汇聚于一个区域内，对投影点借用近邻函数准则算法原理进行分析，估计直线的投影点，从而得到各直线的全部参数。它主要适用于从三维点云中提取直线特征，方便目标相对姿态的测量，属于三维测量和机器视觉技术领域。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种三维激光扫描技术过程中，物体三维扫描数据的特征提取方法，该方法计算速度快，提取效率高，提取的特征线精度高，光顺性好。

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案，一种基于切片点云的数据特征提取方法，该方法的具体步骤如下：

步骤一：切片生成，将扫描实体后获得的空间中的离散点云集Ω＝{p₁，p₂，...，p_N}，p_i＝{x_i，y_i，z_i}∈R³生成点云切片，其中N为点云数量，具体通过步骤1.1、1.2、1.3实现；

步骤1.1：将空间中的离散点云集Ω沿着指定轴ω切片，沿ω方向构建一平面族Γ(ω₁，ω₂，...，ω_N+1)，从而将点云分割成若干分割块B_ωi；