[發明專利]一種基于超體素的點云數據分割方法

有效

• 申請號: 201611111975.7
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN106600622B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 王泉;楊鵬飛;田玉敏;羅楠;姜媛媛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/162
• 分類號: G06T7/162
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

1.一種基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，所述基于超體素的點云數據分割方法通過考慮點云數據的三維幾何關系和區域連通性，利用聚類的方法將點云數據進行過分割，得到依附于目標邊界的超體素；計算超體素數據平面擬合的殘差值，依該值對其進行排序和篩選得到有效的種子超體素，并利用法線分布直方圖、測地距離和歐式距離的差值進行區域增長，最終實現對點云數據的分割處理。

2.如權利要求1所述的基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，所述超體素的獲取方法包括：

從初始種子體素開始，向外遍歷鄰近的體素；利用公式：

λ、μ和δ分別對應顏色、空間距離和幾何特征的影響因子，D_c是CIELab空間的歐式距離值，D_s是三維空間內體素的歐式距離值，D_hik是體素法向量分布直方圖的交叉和；計算鄰域內體素到種子體素的距離，將距離最近的體素進行標記，并根據鄰接圖將鄰接體素加入到搜索列表中，迭代直至到達每個體素的搜索邊界；搜索完成條件是：鄰接圖中的所有葉節點均得到遍歷，過分割得到超體素。

3.如權利要求1所述的基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，超體素相似性度量的計算方法包括：

步驟一，對于任意超體素，計算法線分布直方圖；

步驟二，對于鄰接超體素，計算超體素中心點之間的歐式距離和測地距離，計算測地距離和歐式距離的距離差；

步驟三，對法線分布直方圖和距離差進行歸一化處理，計算超體素之間的相似性S：

其中，σ和η分別對應法線分布直方圖和空間距離差值的影響因子，N_hik是FPFH空間內法向量直方圖的交叉和，D_d是三維空間內超體素的測地距離和歐式距離的差值。

4.如權利要求3所述的基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，所述步驟一具體步驟如下：

(1)對于每一個超體素中心點P，坐標系uvw是在超體素中心點上定義的固定的局部坐標系，法線n_s,n_t之間的偏差可以用一組角度值表示α,φ,θ，計算中心點P和超體素內其他點之間的α,φ,θ；

(2)用三元組(α,φ,θ)來表示每一對點法線之間的互相作用，將其每個特征值范圍劃分為b個子區間，特征直方圖分別計算后合并得到一個3b元素的特征向量，用來描述超體素內的幾何屬性。

5.如權利要求3所述的基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，所述步驟二具體步驟如下：

(1)計算超體素中心點之間的測地距離，利用Dijkstra最短路徑算法計算一條初始的B樣條活動曲線，采用平方距離最小化樣條逼近模型快速迭代優化使得目標函數最小，計算得到鄰接超體素中心點之間的測地線和測地距離；

(2)計算鄰接超體素中心點之間的歐式距離，進而得到鄰接超體素中心點的距離差。

6.如權利要求1所述的基于超體素的點云數據分割方法，其特征在于，

步驟一，對于每個超體素，用最小二乘法進行平面擬合，并計算其殘差值；根據殘差值對所有超體素進行排序，將殘差值最小的超體素作為區域增長算法的初始種子，并獲取種子體素的鄰接超體素；

步驟二，對于每個鄰接超體素，計算其與超體素種子之間的相似性度量，如果相似性大于某一閾值，則將該鄰接超體素添加到當前區域內，同時計算鄰接超體素的殘差值，如果殘差值小于某一閾值，則該鄰接超體素被添加到種子集合中；當遍歷完超體素種子的所有鄰接超體素后，從種子集合中移除當前種子；

步驟三，如果種子集合變為空，意味著當前區域增長結束，計算獲得新的超體素種子，重復執行上述步驟直到所有的超體素均得到遍歷，得到精確的點云分割結果。

7.一種利用權利要求1～6任意一項所述基于超體素的點云數據分割方法的激光雷達掃描儀。

8.一種利用權利要求1～6任意一項所述基于超體素的點云數據分割方法的3D打印機。