[發明專利]基于高質量體素的區域生長3D巖體點云平面提取方法

在審

• 申請號: 201811603927.9
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109685821A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 胡亮;肖俊;王穎
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: G06T7/187
• 分類號: G06T7/187;G06T7/11;G06T17/05;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種基于高質量體素的區域生長3D巖體點云平面提取方法，其特征在于主要包涵以下步驟：

步驟1、基于體素的空間劃分與共面性檢測：首選估算點云中每個點的法向量；然后根據巖體點云的包圍盒尺寸快速建立體素；在每個體素內部利用隨機采樣一致性進行共面性檢測以建立生長單元(平面)；最后對每個生長單元建立鄰域索引。

步驟2、基于區域生長算法的巖體點云初始平面提取：根據建立后的生長單元，利用基于體素的區域生長算法提取初始平面集合；

步驟3、基于鄰域關系的平面生長：以提取后的每個平面為基準，建立點云合并準則，在其平面的鄰域內對提取后的剩余點云進行判定，得到最終的平面集合。

2.根據權利要1所描述的一種基于高質量體素的區域生長3D巖體點云平面提取方法，其特征在于：所述步驟1進一步包括以下步驟：

步驟1.1、利用主成分分析(PCA)估計點云中每個點的法向量。對于點云中任意一點p，其半徑為r的區域里總共包含有k個點。則這k個點構建協方差矩陣Σ，其中λ₁＜λ₂＜λ₃表示協方差矩陣Σ的三個特征值，v₁,v₂,v₃為其對應的特征向量。則其最小特征值λ₁對應的特征向量v₁為p點的法向量。

Σ·v_j＝λ_j·v_j,j∈{1,2,3}

步驟1.2、根據給定的體素邊長，將點云快速體素化。

步驟1.3、對于每個體素內部，如果點數大于一定的閾值(N_r)則利用基于法向量的隨機采樣一致性(ND-RANSAC)進行共面性檢測，用來提取生長單元(平面)。假定每個體素內部含有N個點，從中隨機選取3個不共面的點建立平面pl，根據剩余的點云對此平面進行打分，若點到平面的距離小于的閾值d₁且點的法向與平面法向的夾角小于閾值θ₁則分數加1；此過程迭代T次，分數最大的平面為最終的生長單元(平面)；

步驟1.4、根據建立的生長單元為基準，對每個生長單元建立鄰域索引。

3.根據權利要1所描述的一種基于高質量體素的區域生長3D巖體點云平面提取方法，其特征在于：所述步驟2進一步包括以下步驟：

步驟2.1、對于步驟1提取的生長單元從中選取包含點數目最多的平面作為種子平面；

步驟2.2、建立區域生長準則：1兩平面的法向夾角小于一定的閾值θ₂；2兩平面的距離小于d₂。

步驟2.3、以種子平面為中心，利用步驟1.4建立好的鄰域索引，對其周邊鄰域進行搜索；將滿足生長準則的生長單元進行合并；新加入的單元作為新的種子平面繼續進行生長，直到沒有新的平面加入，則從點云中提取出一個完整的平面。

步驟2.4、步驟2.1-2.3的過程迭代進行數次，直到所有生長單元都被處理為止，得到初始平面集合。

4.根據權利要1所描述的一種基于高質量體素的區域生長3D巖體點云平面提取方法，其特征在于：所述步驟3進一步包括以下步驟：

步驟3.1、每次從步驟2提取的初始平面集合選取點數最大的平面P；

步驟3.2、從提取后的剩余點云中，選擇P鄰域以及內部的剩余點云集合R；

步驟3.3、建立點云合并準則：1若點到平面P的距離法向夾角小于一定的閾值θ₃；2點到平面P距離小于d₃。對R中每個點進行判定，將滿足合并準則的點加入到平面P中，并重新估算平面參數；

步驟3.4、對于步驟2提取的每個初始平面重復上述步驟3.1-3.4，得到最終的平面集合。