[發明專利]一種微地形表面重建方法

有效

• 申請號: 201610084032.3
• 申請日: 2016-02-06
• 公開（公告）號: CN105761312B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 蘇偉;朱德海;吳代英;張明政;張蕊;郭浩;趙曉鳳
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/30
• 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

1.一種基于激光雷達的微地形重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S1、激光掃描獲取激光雷達點云數據，并對多站點的所述點云數據進行配準、拼接；將配準、拼接后的點云數據分類為地面點云和非地面點云；

S2、設置抽稀密度，對所述地面點云中點云密度過高的區域進行點云抽稀；利用規則格網掩膜檢測算法，檢測點云孔洞區和點云密度極低區；

S3、采用雙對數線性擬合方法求取研究區域地形的無標度區，并基于該無標度區尺度求算地形分形維數D、表示地形表面粗糙度參數H和地形表面起伏度參數σ等地形分形參數；

S4、利用帶法線控制的隨機中點位移法以及計算得到的地形分形參數，對所述點云孔洞區和點云密度極低區進行插值；

S5、利用貪婪投影三角化方法，對步驟S4得到的地面點云進行微地形表面重建，并通過三角格網曲面模型表達微地形；

其中，步驟S4中，在已知兩點或者多點中點處插入一個新的點，新插入點云的坐標為：

法線控制的基本思想通過已知點的法線方法推知新插入點的法線方向，利用法線對插值過程進行控制，使新插入的點法線與臨近點法線存在一致性；這使得經過插值后生成的曲面在保持其原始表面特性的同時，也使插值點與周圍點存在值的傳遞關系，能夠有效的解決傳統的中點位移法會產生折痕效應的問題。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，對所述點云數據分類利用漸進不規則三角網加密法進行。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，檢測點云孔洞區和點云密度極低區的具體步驟為：

S21、根據所述步驟S1中得到的地面點云密度確定規則格網邊長；

S22、利用所述規則格網邊長，計算各點云對應的規則格網坐標，構成規則格網點集；

S23、根據所述規則格網點集的拓撲關系檢測所述點云孔洞區或點云密度極低區的邊界點；

S24、連接所述邊界點成為邊界線，完成所述點云孔洞區和點云密度極低區的提取。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3為：

S31、采用雙對數線性擬合方法確定表征地形滿足分形特征尺度范圍的無標度區；根據分形理論中對于無標度區計算的要求，以logE[|X(x+Δx,y+Δy)-X(x,y)|]為縱軸坐標，以log(Δx²+Δy²)^1/2)為橫軸坐標擬合曲線，求取所述曲線中線性相關性最好的一段所對應的[log(Δx²+Δy²)^1/2_min,log(Δx²+Δy²)^1/2_max]作為無標度區，其中log(Δx²+Δy²)^1/2_min為所述步驟S1中的地面點云的分辨率，log(Δx²+Δy²)^1/2_max為最終的目標；

S32、計算所述計算地形分形維數D、表示地形表面粗糙度參數H和地形表面起伏度參數σ；

對于真實地形表面X(x,y)，其任意布朗運動公式為：

對Hlog(Δx²+Δy²)^1/2取不同的值，即取不同的(Δx,Δy)，經最小二乘法計算即可求出H和σ的值，地形分形維數D＝3-H。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S5具體為：

將所述步驟S4中得到的三維點云通過法線投影到某一平面；然后，對投影得到的點云，采用Delaunay空間區域增長方法作平面內點的三角化，從而得到各點的連接關系；最后，根據投影點云的連接關系確定所述步驟S1中的地面點云間的拓撲連接，所得三角格網即為重建的曲面模型。