[發(fā)明專利]基于光斑發(fā)散尺寸的無(wú)監(jiān)督式融合點(diǎn)云超體素化方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910081737.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111488769A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孔建磊;金學(xué)波;王小藝;王珍妮;蘇婷立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工商大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/62;G06T7/10
• 代理公司: 北京眾澤信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11701
• 代理人: 王曉紅

1.一種基于光斑發(fā)散尺寸的無(wú)監(jiān)督式融合點(diǎn)云超體素化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將通過(guò)三維激光掃描儀、可見(jiàn)光相機(jī)和熱紅外相機(jī)獲取的林地環(huán)境融合點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分為超體素預(yù)設(shè)區(qū)域；

步驟2：根據(jù)激光光斑發(fā)散程度和有效能量截面區(qū)域，完成融合點(diǎn)云的體素化處理，并確定各體素真實(shí)尺寸；

步驟3：根據(jù)各超體素預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)相鄰體素間尺寸變化，確定初始種子點(diǎn)，剔除離散的噪音；

步驟4：提取各體素的顏色、溫度、空間分布、光斑尺寸等信息，構(gòu)建超體素特征向量；

步驟5：對(duì)超體素特征向量各分量進(jìn)行距離標(biāo)準(zhǔn)歸一化處理，應(yīng)用密度峰值聚類計(jì)算各超體素的局部密度和較高密度距離差值；

步驟6：構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，經(jīng)過(guò)升值排序和閾值參數(shù)篩選，確定超體素的劃分中心點(diǎn)；

步驟7：根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果排序關(guān)系和分布關(guān)系，對(duì)各中心點(diǎn)周邊體素進(jìn)行鄰域搜索，得到超體素索引，完成無(wú)監(jiān)督地超體素自動(dòng)劃分。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光斑發(fā)散尺寸的無(wú)監(jiān)督式融合點(diǎn)云超體素化方法，其特征在于，所述步驟1的流程包括：

1.1 通過(guò)可見(jiàn)光相機(jī)、熱紅外相機(jī)和三維激光掃描儀獲取的林地環(huán)境融合點(diǎn)云表示為：P(x,y,z,L,a,b,T,r)，其中，x、y、z分別表示在融合坐標(biāo)系中空間坐標(biāo)值，明亮度L、色彩系數(shù)a和b表示CIELAB顏色空間的特征參數(shù)，T表示每個(gè)點(diǎn)云的溫度值，r表示對(duì)應(yīng)的反色率值；

將所有N個(gè)所述點(diǎn)云構(gòu)成的空間取為長(zhǎng)方體，長(zhǎng)方體的兩個(gè)頂角取融合坐標(biāo)系中坐標(biāo)最大值P_max(x_max,y_max,z_max)和最小值P_min(x_min,y_min,z_min)，所述長(zhǎng)方體空間的長(zhǎng)寬高分別為L(zhǎng)_x＝|x_max-x_min|，L_y＝|y_max-y_min|，L_z＝|z_max-z_min|；

1.2 將所述長(zhǎng)方體空間平均劃分為K個(gè)超體素區(qū)域，每個(gè)所述超體素區(qū)域的邊長(zhǎng)為R_super，并選擇預(yù)設(shè)區(qū)域集合中最大的超體素邊長(zhǎng)值為R_voxel(max)，從空間坐標(biāo)原點(diǎn)開(kāi)始分別沿x，y，z方向從低位到高位的順序，對(duì)每個(gè)超體素的地址進(jìn)行編碼，用參數(shù)i，j，k表示，其中：

R_super滿足約束條件R_super＞2R_voxel(max)，

1.3 為每個(gè)超體素區(qū)域添加第四個(gè)判別參數(shù)N_super，即所在超體素區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)云數(shù)量，并設(shè)置最小數(shù)量閾值，對(duì)其所在超像素空間進(jìn)行判別，如果N_super大于設(shè)定閾值，將其劃分為檢索根節(jié)點(diǎn)層中，如果數(shù)量小于設(shè)定閾值，在后續(xù)檢索過(guò)程中將對(duì)其跳過(guò)運(yùn)算處理；

1.4 將上述超體素預(yù)設(shè)區(qū)域之間的拓?fù)浞植缄P(guān)系設(shè)為26-鄰接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光斑發(fā)散尺寸的無(wú)監(jiān)督式融合點(diǎn)云超體素化方法，其特征在于，所述步驟2的流程包括：

2.1 取激光束光斑與相鄰光斑的不重疊區(qū)域?yàn)橛行Ы孛鎱^(qū)域，計(jì)算得到其直徑為：

其中，D₁為激光束從發(fā)射器射出時(shí)的初始尺寸，θ₁為發(fā)散角，L為到達(dá)物體表面的距離，ε為三維點(diǎn)云中相鄰的激光束的俯仰角度分辨率；

2.2 以有效截面區(qū)域的直徑為基準(zhǔn)，構(gòu)建半徑為R_E＝B/2的有效三維球體，選擇其內(nèi)部相切正方形，作為每個(gè)點(diǎn)云的體素，則經(jīng)過(guò)光斑發(fā)散約束得到的體素邊長(zhǎng)值R_voxel為：