[發明專利]一種建筑SFM點云的自動分割方法

有效

• 申請號: 201310312532.4
• 申請日: 2013-07-20
• 公開（公告）號: CN103514598A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 胡勇;齊越;仲唐
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;李新華

技術領域

本發明涉及一種建筑SFM點云的自動分割的方法，為基于圖像建筑建模的一部分，屬于計算機虛擬現實技術領域。?

背景技術

基于圖像的建筑建模是計算機圖形學與計算機視覺相結合的產物，通過采集建筑圖像數據，恢復三維建筑模型。從運動恢復結構（Structure?From?Motion，SFM）的方法，先提取圖像的特征點并匹配不同圖像之間的對應點，然后根據這些對應點恢復相機的內外參數進行優化，最后生成的三維點云。但由圖像生成的三維點云一般稀疏，并且沒有結構信息，需要進一步分割才能得到可用的三維模型。?

點云分割是指將三維空間中的點劃分成更小的、連貫和連接的子集的過程。經過分割后，具有相似屬性的點歸為一類。這些點的子集應該是“有意義的”，分割后應該得到一系列我們感興趣的對象，如屋頂、樹木、街道等。?

現有點云分割方法主要分為基于邊界的分割方法和基于區域的分割方法?；谶吔绲姆指罘椒ㄖ饕歉鶕嫫g的相交，過渡等不連續性來識別各曲面片之間的邊界點。基于區域的分割方法是先從點云數據中選取種子點，并且預先假定該種子點及其鄰域點屬于可用數學表達的某一特定類型的曲面，然后從該種子點開始向其周圍進行擴張搜索，基于曲面微分幾何參數的性質等逐漸將屬于該曲面類型的鄰接點包含進來，直到所有滿足條件的鄰接點都被包含進來。但現有方法一般用于三維掃描儀得到的點云數據，不適用于SFM算法生成的稀疏點云。?

發明內容

本發明解決的技術問題：克服現有技術的不足，提供一種建筑SFM點云的自動分割方法。該方法結合建筑知識，可魯棒地確定建筑坐標軸，分割出多層建筑的前后層組件，供建筑建模使用。?

本發明的技術解決方案：一種建筑SFM點云的自動分割方法，實現步驟如下：?

（1）預處理點云數據，去掉離群點，粗略聚類點云，生成平面片，計算每類平面片的法向；?

（2）對平面片的法向進行kmeans聚類，求每類與SFM坐標系（即某相機坐標系）豎直軸的夾角，由此提取地平面和建筑正面的方向，確定地平面方向，得到建筑坐標軸；旋轉坐標軸，使X軸為建筑側面方向，使Y軸為地平面方向，Z軸為建筑正面方向；?

（3）沿地平面方向，豎直分割建筑點云，得到為水平區域，Q₁…Q_m。?

（4）對每個水平區域Q_i，判斷該區域法向是否與建筑正面方向接近；若是，則沿著建筑正面方向，分割出該區域前后層C_i1…C_in；?

（5）計算每個區域的Y值范圍，合并重疊平面區域。?

所述的步驟（1）中法向確定方法：去掉離群點后，使用j-Linkage算法擬合平面，每一類點用最小二乘擬合平面，計算出平面法向。?

所述步驟（2）中的確定建筑坐標軸方法：先對平面片的法向進行kmeans聚類，聚類參數K的選取由類簇的平均質心距離的加權平均值確定；然后求類簇中心與原Y軸的夾角，最接近90度的兩類，分別為立面法向方向和立面方向，其中類鏃內點數量相對較多的，為立面法向，數量相對較少的為立面方向；地平面方向由這兩個方向確定。?

所述步驟（3）中的沿地平面方向豎直分割建筑點云方法：定義P為點云點集，y_min為點云中點坐標y分量的極小值；用平行于地面的平面以d_thick為間隔均勻分割點云，得到至上而下n組點集S₁，...，S_n,使得S_k＝{p∈P|y_k＜p_y＜y_k+1}，其中，y_k＝y_min+d_thick*k，d_thick為相鄰分?割平面的距離；計算點集S_k的y分量方差V_k，構成序列V₁…V_n；尋找序列中的局部極大值，作分割平面，形成m個水平區域，Q₁…Q_m。?