[發明專利]一種點云輕量級的多邊形曲面重建方法

有效

• 申請號: 201810045964.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108257213B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 騫志彥;張斌;王國強;陳學偉
• 申請（專利權）人: 視緣(上海)智能科技有限公司
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 上海驍象知識產權代理有限公司 31315
• 代理人: 趙俊寅

本發明公開了一種點云輕量級的多邊形曲面重建方法，其解決了從帶有噪聲點和不完整的點云中難以獲得對現實世界物體的真實表達這一難題。該方法主要包括：S1、利用掃描設備獲取物體表面空間點云P，獲得原始點云；S2、候選平面的生成；S3、平面的選擇。通過二元線性規劃公式選擇候選面的最優子集，最終重建出具有流形和水密性的多邊形曲面模型。

技術領域

本發明涉及一種點云輕量級的多邊形曲面重建方法，屬于計算機視覺中三維表面重構技術。

背景技術

三維重建是指對三維物體建立適合計算機表達和處理的數學模型，是在計算機環境下對其進行處理、操作和分析其性質的基礎，也是在計算機中建立表達客觀世界的虛擬現實的關鍵技術。所謂重建是指依據計算機視覺、模式識別以及可視化技術，利用傳感器或者其他設備獲取采樣數據后、恢復物體三維結構和物體原形的工作，它包括三維數據的采集、整合、拼接與表達等。目前，測量技術中重要的數字化設備有：三坐標測量儀、激光快速掃描儀、斷層掃描儀等。物體表面重建技術在工業制造、虛擬現實、醫學研究、軍事以及電子商務等諸多領域具有廣泛的應用前景，表面重建技術是當前計算機視覺研究領域關鍵技術之一。

從采樣點重構3D模型一直是計算機視覺和計算機圖形學中的一個重要難題，雖然在過去的幾十年里它已經被廣泛的研究，但是從帶有噪聲和不完整的點云中獲得對真實世界物體的真實重建仍然是一個開放的問題。本發明的重點是重建分段平面物體。通過輸入利用無人機、手持式掃描儀和深度相機捕獲的現實世界物體的點云，最終實現物體的輕量級多邊形表面模型。與傳統的重建方法相比本發明的優點是可以從嘈雜、包含大量異常值和缺失數據的點云中，真實的重建這些物體的表面模型。它適合于重建分段平面物體，對于物體的幾何單元中具有如圓柱、球體的物體就不適用了。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提出一種點云的輕量級的多邊形曲面重建方法，其解決了從帶有噪聲點和不完整的點云中難以獲得對現實世界物體的真實表達這一難題。

本發明解決上述技術問題所采用的方案是：

一種點云的輕量級的多邊形曲面重建方法，包括如下步驟：

S1、利用掃描設備獲取物體表面空間點云P，獲得原始點云；

S2、候選平面的生成；

S3、平面的選擇。

優選地，S2、候選平面的生成，包括如下步驟：

S21、利用RANSAC算法檢測點云表面的平面；

S22、裁剪支撐平面；

S23、通過迭代方法擬合新平面；

S24、利用相交平面計算候選平面。

優選地，S3、平面的選擇，包括如下步驟：

S31、平面選擇和表面優化；

S32、物體表面模型的生成。

優選地，S21、利用RANSAC算法檢測點云表面的平面，包括如下步驟：

利用RANSAC(采樣一致性)算法檢測輸入點云P中的平面，檢測到的一組平面用S＝{s_i}表示，s_i是一組點集，相鄰點之間的間距小于閾值ε，這些點集所在的平面稱作si的支撐平面。

優選地、S22、裁剪支撐平面，包括如下步驟：

S221、由于噪聲和離群點的存在，RANSAC算法檢測到的平面可能具有任意方向或者是具有很少點支撐，并不是我們想要的平面。雖說后續的優化步驟能夠處理這些異常，但是依然會有其他問題。比如說，這些具有任意方向的平面將會在最終的模型中產生長而細的平面或者一些凸塊。此外，這些平面還會導致一些很難解決的優化問題。