[發明專利]一種基于SFM的點云孔洞修補方法

有效

• 申請號: 201710637964.0
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107590825B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 蓋紹彥;達飛鵬;曾露露
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

本發明公開了一種基于SFM的點云孔洞修補方法，該方法實現步驟為：(1)利用光柵投影法和SFM方法分別獲取點云數據后，再利用光柵投影法中獲取的的點云二維相位信息，提取三維點云孔洞的邊界點；(2)對SFM獲取的點云數據集和光柵投影法獲取的點云數據集進行配準；(3)在SFM獲取的數據集上提取光柵投影獲取點云中孔洞區域的補充點；(4)基于補充點，利用徑向基函數實現進一步孔洞修補。本發明算法魯棒，修補效果精確度高，并且能夠更多地恢復物體的細節信息。

技術領域：

本發明涉及一種基于SFM的點云孔洞修補方法，屬于點云后處理技術領域。

背景技術：

在三維測量的過程中，由于物體的形狀復雜或者測量方式本身的缺陷，三維點云數據常常存在孔洞。光柵投影測量法具有速度快，自動化程度高等特點，但是由于測量時需要投射輔助光，所得點云數據會由于物體本身的遮擋和被測物體表面的反射率等原因而產生孔洞區域。孔洞的存在嚴重影響點云后續的操作。因此，孔洞的修補工作不可缺少。

孔洞修補的難點在于：1.如何準確的提取孔洞邊界；2.如何在孔洞區域獲取更多的信息以使修補的點更加貼合原始形狀。孔洞邊界的提取是孔洞修補的第一個工作，它的準確性直接影響孔洞修補的結果。現有的點云孔洞邊界點提取方法主要在三維的基礎上進行，主要分為基于點云網格的提取方法和直接在點云上提取邊界點的方法。前者計算復雜，易將采樣不夠均勻的點云的內部點也當做邊界點；后者通常需要計算點和鄰域點的關系，且易受噪聲的影響。通過實際測量可以發現點云邊界點在二維相位圖中特征明顯，而利用二維相位來提取孔洞邊界免去了在三維方法中需要建立網格或者計算鄰域信息，顯著提高了邊界點提取的效率。因此本文利用點云二維相位信息來提取提取孔洞邊界。

現有的孔洞修補算法大致分為兩類:一類是直接利用點云孔洞周邊的鄰域信息，連續性或者曲率來進行孔洞修補，例如利用樣條曲線，神經網絡等方法進行插值，從而修補孔洞。該類算法簡單易行，不需要任何地補充信息。但是對于曲率變化較大或者形狀較為復雜的點云孔洞，由于信息缺失過多，修補效果并不理想。另一類主要通過獲取附加信息再結合點云孔洞周邊的結構進行修補。比如Yann Quinsat等提出了使用先驗CAD模型和孔洞區域鄰域的連續性作為約束條件進行孔洞修補。M Panchetti等提出了利用對應圖片的二維信息和點云網格之間的曲率信息來修補孔洞。這類方法對于復雜的孔洞區域修補效果良好，但是不論是先驗CAD的模型的建立，還是二維像素與三維點云之間的配準，都會導致算法整體復雜度較高。

發明內容

技術問題：針對孔洞修復過程中孔洞區域信息較少，復雜的孔洞修補效果不夠理想的問題，結合三維重建中已經較成熟的融合SFM和激光掃描獲取點云信息的技術，本發明提供了一種基于SFM的點云孔洞修補方法。本發明通過獲取SFM的點云數據來補充孔洞部分的信息，指導孔洞修補，這些補充信息可以有效地幫助恢復點云孔洞的信息，提高孔洞修補結果的精確度，并且恢復更多的信息。又利用點云的二維相位信息提取點云的邊界點，降低了邊界點定位的復雜度。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于SFM的點云孔洞修補方法，包括以下步驟：

步驟1：點云孔洞邊界獲取：利用在光柵投影中獲取的點云二維相位信息來提取點云孔洞邊界；首先提取出點云的邊界點；然后去除點云的外邊界點；

步驟2：對兩幅點云進行配準：首先利用基于共面四點集的RANSAC算法進行粗配準，然后利用改進的ICP算法進行精確配準；

步驟3：提取補充點：在完成配準后，利用步驟1中得到的點云孔洞邊界，提取出SFM法獲取的點云P_s在光柵投影法獲取的點云P_w中孔洞區域的補充點IP；