[發明專利]一種點云分割方法及裝置

有效

• 申請號: 201410410469.2
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104143194B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 朱曉鑫;周瑩;謝翔;王丹;李國林;唐維俊;王志華
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136;G06K9/62
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及三維重建技術領域，特別涉及一種點云分割方法及裝置。

背景技術

針對大場景的三維重建，由于其在三維城市地圖、道路維護、城市規劃等方面的重要應用，受到了極大關注。利用深度傳感器和位置姿態傳感器基于固定站或移動平臺采集周圍環境的三維信息，由于其高效、實時、高精度的特性而被廣泛采用。由于掃描的場景包含不同類型的物體，例如地面、建筑物、樹木、車輛等，在進行三維重建之前，需要通過點云分割將不同類型的物體對應的點云數據彼此分割開，以便對各個物體分別進行點云建模。

目前的大多數點云分割方法是對無序、離散的點云進行處理，而沒有利用到數據采集過程中深度傳感器逐列依次掃描的有序性。點云分割方法中，聚類分割方法尤其是基于距離的聚類分割方法，由于其方法復雜度低、易于實現，最常用于空間點云的分割。但是由于室外大場景中地面點云的存在，而單獨使用基于距離的聚類方法難以有效地對地面和非地面物體進行分割，該方法通常與其它方法結合，先提取屬于地面的點云，再對非地面點云進行聚類分割。

在非地面點云聚類分割部分，當前較多采用的基于固定閾值半徑的聚類分割方法，閾值的選取對分割的結果影響很大，如果閾值選取過大，間隔距離較近的小物體可能不會被分開(欠分割)；如果閾值選取過小，間隔距離較大的物體(如建筑物)可能被分割成多個聚類(過分割)。

發明內容

為了避免采用固定閾值對非地面點云進行聚類分割所導致的欠分割和過分割問題，本發明提供了一種點云分割方法，所述方法包括以下步驟：

S1：通過深度傳感器對被測場景進行逐列掃描，以獲取所述被測場景的深度信息，將所述被測場景的深度信息進行坐標轉換，以獲得所述被測場景在本地坐標系下的三維信息；

S2：從所述三維信息中分割出地面點云；

S3：通過自適應閾值的聚類分割方式對非地面點云進行聚類分割，所述非地面點云為所述三維信息中除所述地面點云之外的其他點云。

其中，步驟S2中，從所述三維信息中分割出地面點云具體包括：

S201：以列為單位遍歷所述三維信息，并將遍歷到的一列作為當前列；

S202：按照從下至上的方向遍歷所述當前列的每個點；

S203：計算遍歷到的當前點的Z軸坐標和所述深度傳感器所在位置的地面高度之差的絕對值，若所述絕對值小于高度閾值，則將所述當前點作為第一個初始點Ps(1)，執行步驟S204，否則返回步驟202；

S204：檢測所述初始點Ps(k)之后的截止點Pe(k)，并將所述初始點Ps(k)和截止點Pe(k)作為一對；

S205：檢測截止點Pe(k)之后的初始點Ps(k+1)，若檢測到初始點Ps(k+1)，則令k＝k+1，并返回步驟S204，否則將每對初始點Ps(k)與截止點Pe(k)及每對初始點Ps(k)與截止點Pe(k)之間的點作為地面點加入所述地面點云，并執行步驟S206；

S206：判斷所述三維信息的每一列是否均被遍歷到，若是，則執行步驟S3，否則返回步驟S202。

其中，步驟S3中，通過自適應閾值的聚類分割方式對非地面點云進行聚類分割具體包括：

S301：采用固定的初始閾值dth(0)對所述非地面點云進行聚類分割；

S302：遍歷聚類分割所獲得的每個聚類；

S303：根據聚類體量計算遍歷到的當前聚類的自適應閾值dth(w)，判斷所述自適應閾值dth(w)是否小于所述初始閾值dth(0)，若是，則基于所述自適應閾值dth(w)對所述當前聚類進行進一步分割；

S304：判斷所述聚類分割所獲得到的每個聚類是否均被遍歷到，若否，則返回步驟S303。

其中，步驟S303中，根據聚類體量計算遍歷到的當前聚類的自適應閾值dth(w)具體包括：

S3031：遍歷所述當前聚類中的每個點，將遍歷到的當前點結合其鄰域點擬合平面，并將擬合獲得平面的法向量作為所述當前點的法向量；

S3032：計算所述當前聚類中所有點的法向量的平均值，并將所述平均值作為所述當前聚類的法向量；

S3033：將所述當前聚類中的所有點均投影至投影平面上，在所述投影平面上選取包含所有投影點的最小矩形，所述投影平面為與所述當前聚類的法向量垂直的平面；

S3034：通過下式計算所述當前聚類的自適應閾值dth(w)，

dth(w)＝k₁·L(w)+k₂