[發明專利]一種基于雙控制點的隧道密集點云噪聲剔除方法

有效

• 申請號: 201810910429.2
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109214994B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 沈月千;王錦國
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于雙控制點的隧道密集點云噪聲剔除方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)采用激光掃描儀系統對隧道內表面進行掃描，獲取隧道表面點云數據集{P_i|i＝1,2,…n}，其中，n為隧道表面點云數量，P_i為隧道表面點云數據集中第i個點云數據，每個點云數據包括對應表面點的三維坐標和激光反射強度；

2)將步驟1)中獲取三維點云投影至XOY平面，利用二維主成分分析確定隧道走向及其對應的向量，將三維點云轉化至隧道坐標系；

3)在隧道走向垂直方向以一定寬度獲取隧道斷面數據集{Q_j＝(x_k,y_k,z_k)|k＝1,2,…,m}，其中，Q_j為第j個斷面數據，m為第j個斷面內點云的個數，(x_k,y_k,z_k)為第j個斷面內第k個點云的坐標；

4)計算第j個斷面的原始斷面點云幾何中心

5)將步驟4)獲得的原始斷面點云幾何中心作為第一控制點，并以第一控制點為圓心，計算對應斷面內所有點云至該圓心的角度和距離；

6)將斷面以步驟4)獲得的原始斷面幾何中心為圓心，按角度分為720等份；

7)分別計算第l等份內點云到圓心距離的最大值及標準差σ^l，其中，l＝1,2,…,720；

8)按極限誤差原理，以一倍標準差為閾值，對噪聲點云進行剔除：當d_jk＞σ^l，則當前點云被判定為噪聲點云予以剔除，反之當d_jk≤σ^l時，當前點云判定為斷面點云；其中，d_jk為第j個斷面內第k個點云至第一控制點的距離；

9)確定第二控制點以第二控制點為圓心，按照步驟5)至8)的方法再次剔除噪聲點云，從而完成隧道密集點云噪聲的剔除。

2.根據如權利要求1所述的一種基于雙控制點的隧道密集點云噪聲剔除方法，其特征在于，步驟2)具體為：

2.1)：步驟1)中獲取三維點云投影至XOY平面后的點云坐標集為{P_i²＝(x⁰_i,y⁰_i)|i＝1,2,…n}，其中，P_i²＝(x⁰_i,y⁰_i)為第i個點云投影至XOY平面后的坐標；

2.2)：構造投影至XOY平面后的點云坐標集對應的協方差矩陣：其中，為投影至XOY平面后的點云坐標集的重心坐標

2.3)對協方差矩陣C進行主成分分析，求得兩個特征值λ₁、λ₂，λ₁和λ₂所對應的特征向量分別為v₁(a₁,b₁,c₁)和v₂(a₂,b₂,c₂)，其中，λ₁≥λ₂＞0，v₁(a₁,b₁,c₁)為隧道走向對應向量；

2.4)：通過公式P²'＝P²·M₁將點云由XOY平面轉換至隧道坐標系，轉換至隧道坐標系后的點云坐標集為{P_c-i＝[x_i,y_i,z_i]|i＝1,2,…n}，其中，M₁＝[v′₁,v'₂]，v'₁和v'₂分別為v₁(a₁,b₁,c₁)和v₂(a₂,b₂,c₂)的轉置。