[發明專利]一種從三維點云中提取二次曲面的方法

有效

• 申請號: 201910289385.0
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110111430B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 柳寧;王高;徐進;李德平
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

1.一種從三維點云中提取二次曲面的方法，其特征在于，包括步驟：

(1)從三維點云數據提取每個點的K鄰域點集，并計算每個點的法線，利用每個點的K鄰域點集擬合每個點對應的二次曲面并計算其對應的二次曲面參數標準差；

步驟(1)中，根據所提取的二次曲面類型，利用每個點的K鄰域點集擬合每個點對應的二次曲面并計算其對應的二次曲面參數標準差，包括：

(A)圓柱面：①以當前點為參考點P_r，取K鄰域點集中在歐氏距離上離參考點P_r最遠的5個點P₁，P₂，…，P₅為計算點，其對應法線分別為n_r和n₁，n₂，…，n₅，n_i代表了空間中的一條直線，②分別計算n_r與n₁，n₂，…，n₅的公垂線，記為l₁，l₂，…，l₅，定義平均公垂線為：③分別計算P_r和K鄰域點集中的所有點P_k1，P_k2，…，P_kk到l_avg的距離，記為d_r和d₁，d₂，…，d_k，K表示K鄰域點集中點的個數，定義圓柱面的K鄰域點集的標準差為：

(B)圓錐面：①以當前點為參考點P_r，取K鄰域點集中在歐氏距離上離參考點P_r最遠的3個點P₁，P₂，P₃為計算點，其對應法線分別為n_r和n₁，n₂，n₃；②計算頂點坐標：P_apex＝[(P₁·n₁)(n₂×n₃)+(P₁·n₁)(n₂×n₃)+(P₁·n₁)(n₂×n₃)]/[n₁·(n₂×n₃)]，計算前先把n_i單位化；③令P′₁，P′₂，P′₃分別為射線的單位坐標，即P′_i＝P_apex+normalize(P_i-P_apex)，其中normalize()表示單位化，則可計算軸向量為：l_axis＝(P′₂-P′₁)×(P′₃-P′₁)；④計算張角：θ_r/2＝[arccos(normalize(P₁-P_apex)·l_axis)+arccos(normalize(P₂-P_apex)·l_axis)+arccos(normalize(P₃-P_apex)·l_axis)]/3；⑤分別計算K鄰域點集中的所有點的法線n_k1，n_k2，…，n_kk與l_axis的夾角α₁，α₂，…，α_k，記θ_i＝π-2α_i，定義圓錐面的K鄰域點集的標準差為：K表示K鄰域點集中點的個數；

(C)球面：①以當前點為參考點P_r，取K鄰域點集中在歐氏距離上離參考點P_r最遠的5個點P₁，P₂，…，P₅為計算點，其對應法線分別為n_r和n₁，n₂，…，n₅；②分別計算n_r與n₁，n₂，…，n₅的交點，記為C₁，C₂，…，C₅，定義平均交點為：③分別計算P_r和K鄰域點集中的所有點P_k1，P_k2，…，P_kk與C_avg的距離，記為d_r和d₁，d₂，…，d_k，定義球面的K鄰域點集的標準差為：K表示K鄰域點集中點的個數；

(D)平面：①分別計算當前點法線n_r與K鄰域點集中所有點的法線n₁，n₂，…，n_k的夾角，記為θ₁，θ₂，…，θ_k，定義平面的K鄰域點集的標準差為：K表示K鄰域點集中點的個數；

(2)按二次曲面參數標準差從小到大的順序排列點集；

(3)從排序后的點集中依序取出每個點，當取出點對應的二次曲面參數標準差小于設置的閾值且未被標記為已生長點時，視為初始種子點；

(4)從初始種子點開始進行區域生長，并以當前區域的序號對屬于該二次曲面的生長點進行標記，同時對該二次曲面參數進行動態擬合，直到一個二次曲面生長完畢；重復步驟(3)、(4)，直到二次曲面參數標準差大于閾值，執行步驟(5)；

(5)按點云中的標記序號提取對應二次曲面。