[发明专利]一种从三维点云中提取二次曲面的方法

权利要求书

1.一种从三维点云中提取二次曲面的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)从三维点云数据提取每个点的K邻域点集，并计算每个点的法线，利用每个点的K邻域点集拟合每个点对应的二次曲面并计算其对应的二次曲面参数标准差；

步骤(1)中，根据所提取的二次曲面类型，利用每个点的K邻域点集拟合每个点对应的二次曲面并计算其对应的二次曲面参数标准差，包括：

(A)圆柱面：①以当前点为参考点P_r，取K邻域点集中在欧氏距离上离参考点P_r最远的5个点P₁，P₂，…，P₅为计算点，其对应法线分别为n_r和n₁，n₂，…，n₅，n_i代表了空间中的一条直线，②分别计算n_r与n₁，n₂，…，n₅的公垂线，记为l₁，l₂，…，l₅，定义平均公垂线为：③分别计算P_r和K邻域点集中的所有点P_k1，P_k2，…，P_kk到l_avg的距离，记为d_r和d₁，d₂，…，d_k，K表示K邻域点集中点的个数，定义圆柱面的K邻域点集的标准差为：

(B)圆锥面：①以当前点为参考点P_r，取K邻域点集中在欧氏距离上离参考点P_r最远的3个点P₁，P₂，P₃为计算点，其对应法线分别为n_r和n₁，n₂，n₃；②计算顶点坐标：P_apex＝[(P₁·n₁)(n₂×n₃)+(P₁·n₁)(n₂×n₃)+(P₁·n₁)(n₂×n₃)]/[n₁·(n₂×n₃)]，计算前先把n_i单位化；③令P′₁，P′₂，P′₃分别为射线的单位坐标，即P′_i＝P_apex+normalize(P_i-P_apex)，其中normalize()表示单位化，则可计算轴向量为：l_axis＝(P′₂-P′₁)×(P′₃-P′₁)；④计算张角：θ_r/2＝[arccos(normalize(P₁-P_apex)·l_axis)+arccos(normalize(P₂-P_apex)·l_axis)+arccos(normalize(P₃-P_apex)·l_axis)]/3；⑤分别计算K邻域点集中的所有点的法线n_k1，n_k2，…，n_kk与l_axis的夹角α₁，α₂，…，α_k，记θ_i＝π-2α_i，定义圆锥面的K邻域点集的标准差为：K表示K邻域点集中点的个数；

(C)球面：①以当前点为参考点P_r，取K邻域点集中在欧氏距离上离参考点P_r最远的5个点P₁，P₂，…，P₅为计算点，其对应法线分别为n_r和n₁，n₂，…，n₅；②分别计算n_r与n₁，n₂，…，n₅的交点，记为C₁，C₂，…，C₅，定义平均交点为：③分别计算P_r和K邻域点集中的所有点P_k1，P_k2，…，P_kk与C_avg的距离，记为d_r和d₁，d₂，…，d_k，定义球面的K邻域点集的标准差为：K表示K邻域点集中点的个数；

(D)平面：①分别计算当前点法线n_r与K邻域点集中所有点的法线n₁，n₂，…，n_k的夹角，记为θ₁，θ₂，…，θ_k，定义平面的K邻域点集的标准差为：K表示K邻域点集中点的个数；

(2)按二次曲面参数标准差从小到大的顺序排列点集；

(3)从排序后的点集中依序取出每个点，当取出点对应的二次曲面参数标准差小于设置的阈值且未被标记为已生长点时，视为初始种子点；

(4)从初始种子点开始进行区域生长，并以当前区域的序号对属于该二次曲面的生长点进行标记，同时对该二次曲面参数进行动态拟合，直到一个二次曲面生长完毕；重复步骤(3)、(4)，直到二次曲面参数标准差大于阈值，执行步骤(5)；

(5)按点云中的标记序号提取对应二次曲面。