[發(fā)明專利]基于局部曲面變化因子的散亂點云數(shù)據(jù)精簡處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510050544.3
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104616349B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林濱;盛金月;亓振良
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種基于局部曲面變化因子的散亂點云數(shù)據(jù)精簡處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、讀取測量得到的點云數(shù)據(jù)；

步驟二、求取點云的中心點，包括：

(2-1)根據(jù)點云的密度ρ，以及點云數(shù)據(jù)總數(shù)N，中心點最大的鄰域點數(shù)K、點云數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)范圍建立立方體柵格，具體內(nèi)容如下：

根據(jù)散亂點云中坐標(biāo)中的最大值和最小值，得到最小包圍盒的邊長及其體積V，由式(1)求得初次劃分的立方體柵格邊長L₀：

式(2)和式(3)中，N_cube為含有數(shù)據(jù)點的柵格總數(shù)，α為調(diào)控因子；由式(2)和式(3)得到二次劃分的立方體柵格邊長L，并以該二次劃分的立方體柵格邊長L劃分立方體柵格，控制立方體柵格中心點的個數(shù)以此保證中心點鄰域覆蓋全部點云數(shù)據(jù)；

(2-2)求得立方體柵格中心的點，并作為立方體柵格中心點；

步驟三、基于立方體柵格搜尋中心點的動態(tài)k個鄰域點,從而建立散亂點云的拓?fù)潢P(guān)系，具體內(nèi)容如下：

(3-1)搜尋并擴展搜尋：首先，初始搜尋二次劃分的立方體柵格，并計算二次劃分的立方體柵格的中心點距六個面的距離d[i]，i∈[0,5]，并從小到大排序d[0]～d[5]；

如果在該二次劃分的立方體柵格中沒有搜尋到設(shè)定的k個鄰域點，則以當(dāng)前搜尋的中心點為圓心，依次以遞增的radius為半徑作一個球，以與該球相交的柵格作為新的搜索區(qū)域進行擴展搜尋，直到搜尋到設(shè)定的k個鄰域點為止；

其中，radius的遞增原則是：

radius＝d[i]+L×n(4)

式(4)中，0≤i≤5,0≤n≤5；當(dāng)n＝0時，1≤i≤5；當(dāng)1≤n≤5時，0≤i≤5，i,n均屬于自然數(shù)，柵格邊長自然倍數(shù)n只有當(dāng)i＞5時，i歸0，n遞增1，否則n保持不變；

(3-2)建立動態(tài)k鄰域點：根據(jù)點云數(shù)據(jù)特性、精度要求和運算時間，確定k的范圍為[M,K]；

步驟四、采用協(xié)方差分析法計算中心點k鄰域的曲面變化因子，具體內(nèi)容如下：

設(shè)p_i為點云數(shù)據(jù)中心點，其k鄰域為Knn(p_i)＝{q_i,1,q_i,1...q_i,k}，通過分析k鄰域Knn(p_i)的統(tǒng)計特性，求得點云數(shù)據(jù)中心點p_i的法向量、曲面變化量的屬性，

點云數(shù)據(jù)中心點p_i和k鄰域Knn(p_i)的質(zhì)心為：

k鄰域擬合的平面過該質(zhì)心從而得到關(guān)于點云數(shù)據(jù)中心點p_i的3×3協(xié)方差矩陣Cov：

從矩陣Cov得到點云數(shù)據(jù)中心點p_i處的統(tǒng)計特性，點云數(shù)據(jù)中心點p_i處k鄰域Knn(p_i)關(guān)于所述質(zhì)心的距離平方差的偏離程度；

所述3×3協(xié)方差矩陣Cov的特征向量有：

Cov·α_j＝λ_j·α_j,j∈{0,1,2}(7)

由式(7)得到三個非負(fù)特征值λ₀,λ₁,λ₂,其中，λ₀≤λ₁≤λ₂；與所述三個非負(fù)特征值一一對應(yīng)的特征向量為α₀,α₁,α₂；

其中，所述三個非負(fù)特征值反映了k鄰域Knn(p_i)到所述質(zhì)心的偏離程度，表述為：

其中，三個非負(fù)特征值的比例反映點云數(shù)據(jù)中心點p_i處的曲面變化情況，定義曲面變化因子ξ來反映點云數(shù)據(jù)中心點p_i處的曲面變化情況，計算公式為：

曲面變化因子ξ的值越大，點云數(shù)據(jù)中心點p_i處的曲面變化程度越大；

步驟五、確定每個立方體柵格中心點k鄰域的精簡率Ratio，并在k鄰域范圍內(nèi)均勻精簡，

式(10)中，r為精簡率調(diào)控因子用以控制點云整體的精簡率。