[發明專利]基于點云與數據驅動的樹木模型重建方法

有效

• 申請號: 201410131203.4
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103871100A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 張曉鵬;李紅軍;郭建偉;代明睿;劉佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

1.一種點云與數據驅動的樹木模型重建方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1、獲取樹木點云數據，對其進行預處理，并定義樹木模型的分級表示；

步驟S2從所述樹木點云數據中提取得到主枝骨架點及其半徑，并進行枝葉分離處理；

步驟S3、從所述樹木點云數據中提取得到樹冠特征點；

步驟S4、對主枝骨架點進行結構化；

步驟S5、對樹冠特征點進行結構化并計算得到各個小枝的半徑；

步驟S6、根據已經結構化的所有樹枝的骨架點和半徑，重建得到完整的樹木模型。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，利用三維激光掃描儀、視覺照相工具獲取所述樹木點云數據，基于點云分析技術保留需要重建的單個和多個樹木上的點云，去掉其它對象的點。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，樹木的形狀分為主枝、細枝和樹葉，其中，主枝的分級數記為NL，細枝的分級數記為NS，細枝和樹葉構成樹冠。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中利用移動圓柱體方法從所述樹木點云數據中提取得到主枝骨架點及其半徑，所述步驟S2進一步包括以下步驟：

步驟S2.1、計算點云各個點p處的局部幾何量：法方向主曲率k₁(p)和k₂(p)，其中k₁(p)≤k₂(p)，以及主曲率對應的主方向和

步驟S2.2、基于點云各個點p處的局部幾何量來定義一個擬合p點枝干形狀的圓柱，利用圓柱體的移動來搜索潛在的枝干，從而提取得到主枝骨架點及其半徑；

步驟S2.3、利用提取得到的主枝骨架點，將所述點云數據分為主枝上的點云和樹冠上的點云實現枝葉分離。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S2.1進一步包括以下步驟：

步驟S2.1.1、建立整個點云數據的kd樹；

步驟S2.1.2、對于點云數據中的每一個點p，利用kd樹查找其多個近鄰點，假設這些近鄰點來自于同一個平面，利用最小二乘方法擬合得到該平面，以該平面的法向量作為點p的法方向

步驟S2.1.3、在點p處建立局部坐標系，并擬合得到一個二次曲面，利用該二次曲面計算得到點p處的主曲率k1(p)和k₂(p)以及主方向和

步驟S2.1.4、定義p點處的曲率圓半徑為r(p)1/k₂(p)，曲率圓心為用表示p處樹枝的軸向，r(p)表示該點處的樹枝半徑，b(p)表示該點處的樹干軸線的位置，即樹枝骨架點。