[发明专利]一种基于切片点云的数据特征提取方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于切片点云的数据特征提取方法，其特征在于：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；步骤1.2：选取步骤1.1中所得分割块B_ωi平行于xoy平面的中轴面ω_n＝(ω_i+ω_i+1)/2，中轴面即为ω方向上的求交面；步骤1.3：将分割块B_ωi中的数据点向求交面投影，得到点集S，点集S的坐标范围为(x_min,y_min,z_min)～(x_max,y_max,z_max)，点集S即为切片数据；步骤二：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，具体通过步骤2.1、2.2、2.3实现；步骤2.1：将步骤一中生成的点集S向xoy平面投影，得到离散点集z＝{k₁,k₂,…，k_N}，k_i＝{x_i，y_i}∈R²；步骤2.2：在图像空间XY里，所有过点(x_i,y_i)的直线方程为y＝px+q，其中p为斜率，q为截距；步骤2.3：将步骤2.2中得到的直线方程改写成如下形式q＝‑xp+y，改写后的直线方程可以看成参数空间PQ中过点(p,q)的一条直线；步骤三：特征线提取，具体通过步骤3.1、3.2、3.3、3.4实现；步骤3.1：将步骤2.3中所得的直线方程改写为极坐标方程的形式，λ＝xcosθ+ysinθ，其中λ表示直线到原点的距离，θ为该直线的垂线与X轴的夹角；步骤3.2：求图像空间XY里从n个方向经过点(x_i,y_i)的直线对应的(λ，θ)坐标，n＝1080～10800；步骤3.3：将求得的λ值排列成一个n*N的矩阵，矩阵的每一行代表在某个θ角度上每个点的λ值；步骤3.4：当点云集为直线点云时，若某行角度值对应的λ值的标准差存在极小值，此极小值对应的点可认为在同一条直线上，则根据此极小值对应的角度计算直线斜率p＝tanθ，根据步骤2.3中的直线方程q＝‑xp+y计算截距q后取平均值；当点云集为图形点云时，若某行角度对应的λ值之间的误差≤0.05m，则这些对应点可认为在同一条直线上，对应的角度θ和距离λ即为特征直线斜率和截距计算的重要参数，斜率p＝tanθ，根据步骤2.3中的直线方程q＝‑xp+y计算截距q后取平均值；根据计算得到的p，q值得到特征直线方程y＝px+q。