[发明专利]基于八邻域深度差的点云边缘提取方法

说明书

本发明涉及一种基于八邻域深度差的点云边缘提取方法，先根据目标特征的点云，对每个点沿深度方向进行垂直投影并对投影点进行栅格划分，计算出每个栅格内投影点所对应深度的平均值作为该栅格的深度值；然后比较每个栅格与其八邻域栅格的深度差，根据深度差判断该栅格内是否存在边缘点，并采用排列法从栅格内筛选出点云边缘点。本发明对含有非孔洞和空洞的两种典型点云数据有很好的提取效果。

技术领域：

本发明涉及一种对点云数据进行边缘提取的方法，尤其涉及一种应用八邻域深度差的点云边缘提取方法。

背景技术：

随着激光测量技术的不断发展，激光测量设备不断推出，使逆求工程技术得到不断发展。在逆求工程设计中，可以将某个产品表面表达为大量的离散点，即点云。通过点云可进行逆求工程设计，如何从点云信息中提取产品的一些几何特征，成为逆求工程的设计核心。

点云边缘是指能够表达产品特征的一些边缘测量点。边缘不仅能表达产品的几何特征，而且在产品识别、重建曲面模型的品质和精度中起着重要的作用。基于点云的边缘提取在曲面重构、空洞修补、曲面特征检测得到广泛应用。

点云包括孔洞与非孔洞两类。目前，提取非孔洞点云边缘轮廓的方法有：利用点云分割方法的凸包算法提取点云边缘；利用KD树建立空间拓扑关系，通过邻近点构成的最小二乘平面投影点的角度差算法提取点云边缘。提取孔洞点云边缘轮廓的方法有：利用网格的拓扑关系提取点云边缘；利用alpha-shape算法提取点云边缘，可想象为一个半径为α的圆在点云里滚动，当α满足一定条件，圆会在点云边缘滚动，其滚动的痕迹就是点云的边缘。

对于点云数据，运用上述方法均难以实现对目标特征边界的快速提取。

发明内容：

发明目的：

为了克服现有的点云边缘提取速度慢的缺点，本发明提出了基于八邻域深度差的点云边缘提取方法，能够精确、快速地对点云边缘进行提取。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

基于八邻域深度差的点云边缘提取方法，其特征在于：先根据目标特征的点云，对每个点沿深度方向进行垂直投影并对投影点进行栅格划分，计算出每个栅格内投影点所对应深度的平均值作为该栅格的深度值；然后比较每个栅格与其八邻域栅格的深度差，根据深度差判断该栅格内是否存在边缘点，并采用排列法从栅格内筛选出点云边缘点。

采用Kinect传感器和Atos扫描仪获取的点云数据，具体步骤为：

(1)对获取的点云数据沿深度方向垂直投影：对沿深度方向获取的单面点云数据，沿深度方向进行投影；

(2)对投影点进行栅格数据组织：对于投影点，统计其横纵坐标最小与最大的四个值，根据栅格的划分次数，计算出单个栅格的大小，然后将各投影点分配到各个栅格且进行编号；

(3)计算栅格的深度差：根据编号的任意栅格，统计栅格内投影点数目，若投影点数目为零，则将该栅格的深度值设定零；若栅格内投影点数目大于零，则将投影点所对应的深度值进行加权平均，将加权平均值作为该栅格的深度值；

(4)比较栅格与八邻域栅格的深度差：对每个栅格进行判断，若该栅格的深度值不为零，计算其与八邻域栅格里每个栅格的深度差，若存在深度差大于设定阈值，则该栅格为存在边缘点栅格；

(5)栅格内点云边缘点筛选：对于存在边缘点的栅格，统计出栅格内投影点个数，然后对投影点所对应的深度值进行升序排列；当投影点个数为奇数，栅格边缘点为中间位置所对应的投影点；当投影点个数为偶数，该栅格边缘点为中间两个值所对应的任一投影点，根据投影点提取其所对应的三维点。

优点及效果：