[發明專利]一種基于球面模型的稠密點云平滑方法

有效

• 申請號: 202010082570.5
• 申請日: 2020-02-07
• 公開（公告）號: CN111105381B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 劉改;龔靜;黃文超
• 申請（專利權）人: 武漢玄景科技有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 武漢天領眾智專利代理事務所(普通合伙) 42300
• 代理人: 劉點

本發明提供一種基于球面模型的稠密點云平滑方法，包括：根據原始點云計算點云法矢；計算當前點的法矢射線與鄰域點的法矢射線的交點；利用球面模型對交點進行修正；對領域點的修正點進行加權疊加得到平滑點；不斷重復平滑過程直至所有點都完成平滑操作。與現有方法相比本發明實現簡單、計算復雜度低、具備良好的平滑效果且保持點云的幾何特征和細節。

技術領域

本發明屬于計算機圖形技術領域，涉及一種基于球面模型的稠密點云平滑方法。

背景技術

隨著三維掃描技術地飛速發展，三維掃描儀的測量精度在不斷提升，所采集到的點云數據也隨之越來越稠密，稠密點云表征被測物體幾何細節程度也在不斷地加深。但是由于三維掃描儀本身的測量誤差、測量環境的干擾及操作者經驗的限制等因素的影響，所采集到的點云數據總會包含噪聲，不能精準的表征被測物體的表面信息。使用帶有噪聲的點云數據進行表面重建，不僅細節特征處會失真而且幾何特征處會發生嚴重的形變，致使平面凹凸不平，曲線、曲面變形且不光順，降低了三維模型重建的質量。同樣，由于噪聲點的存在，增加了點云特征提取的難度和準確性。

傳統點云平滑算法，根據處理對象上的不同可以大致分成兩類：一類是將點云數據轉換成三角網格模型進行平滑，另一類是直接對點云數據進行平滑。三角網格模型進行平滑時使用拉普拉斯算子對三角網格模型的三角片面頂點位置進行調整，該方法具備良好的平滑效果，但是使用高階微分方程進行計算，計算量大、復雜度高、且容易出現過度平滑造成網格模型的形變。直接對點云數據進行平滑大多采用低通濾波、移動最小二乘曲面擬合等方法，上述平滑算法平滑效果極佳，但難以保持點云的幾何特征和細節。

發明內容

本發明針對傳統點云平滑方法計算復雜度高、難以保持點云的幾何特征和細節的問題，提供了一種基于球面模型的稠密點云平滑方法，包括以下步驟：

S1，計算原始點云數據的法矢；

S2，計算當前點的法矢射線與鄰域點的法矢射線的交點；

S3，利用球面模型對交點進行修正；

S4，對鄰域點的修正點進行加權疊加得到平滑點；

S5，不斷重復步驟S2-S4，直至所有點都完成平滑操作。

具體的，所述S1得到的法矢無需進行法矢重定向使全局法矢方向一致化。

具體地，所述S2計算當前點的法矢射線與鄰域點的法矢射線的交點公式為：

其中，p_i為當前點，n_i為當前點p_i的法矢；p_j為當前點p_i的鄰域點集N(p_i)中的點，n_j為鄰域點p_j的法矢；p'_j為當前點的法矢射線與鄰域點的法矢射線的交點。

具體的，如果當前點法矢n_i與鄰域點法矢n_j相等時，球面模型退化成平面平滑模型，如下式所示：

p'_j＝p_i+[(p_j-p_i)·n_i]·n_i

即球面模型隱含考慮了平面平滑的情況。

具體地，所述S3中利用球面模型將交點修正到球面的過程為：

S31，計算交點p'_j與鄰域點p_j的距離a；

S32，計算當前點法矢n_i與鄰域點法矢n_j的夾角θ_j；