[發(fā)明專利]一種多尺度自適應(yīng)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云建筑物單體化分割方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010111526.2
• 申請(qǐng)日: 2020-02-24
• 公開（公告）號(hào): CN111340822B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永軍;楊望山;劉欣怡;祝憲章;黃星北
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/11
• 分類號(hào): G06T7/11;G06K9/62;G06V10/762
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發(fā)明公開了一種多尺度自適應(yīng)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云建筑物單體化分割方法，該方法包括以下步驟：步驟1、建筑物點(diǎn)云點(diǎn)間距的計(jì)算；步驟2、通過二維多尺度密度聚類算法對(duì)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行單體分割；步驟3、對(duì)變換后的點(diǎn)云運(yùn)用三維多尺度密度聚類算法進(jìn)行單體分割；步驟4、對(duì)非屋頂單體結(jié)構(gòu)的建筑物點(diǎn)云在未縮放變換的尺度上再次運(yùn)用三維多尺度密度聚類算法，將其分割為屋頂單體結(jié)構(gòu)；步驟5、屋頂細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的識(shí)別與對(duì)應(yīng)單體的合并；步驟6、小建筑物單體結(jié)構(gòu)的識(shí)別；步驟7、建筑物附屬物點(diǎn)合并到對(duì)應(yīng)單體結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)建筑物單體分割。本發(fā)明解決了老城區(qū)密集區(qū)域建筑物、裙樓結(jié)構(gòu)建筑物和點(diǎn)云密度不均勻建筑物無法單體分割的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多尺度自適應(yīng)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云建筑物單體化分割方法，主要應(yīng)用于建筑物的建模、城市規(guī)劃、市政管理、數(shù)字城市建設(shè)等多個(gè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機(jī)載LiDAR可以快速獲取地物三維表面信息，是建筑物三維建模的重要數(shù)據(jù)來源。我國所建設(shè)數(shù)字城市系統(tǒng)中的三維模型是缺乏語義信息的模型或者是由人工手動(dòng)單體分割建立的模型，并不能滿足真正數(shù)字城市建設(shè)與應(yīng)用的需求，數(shù)字城市的建設(shè)亟需高精度的單體化三維模型作為基礎(chǔ)。建筑物點(diǎn)云的單體分割可以并行模型重建、高效管理與分析各個(gè)單體建筑物，生成可查詢、可分析的建筑物三維模型。然而，由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的立體性、層次性和海量性等并且場景中有大量老城區(qū)的密集建筑、物現(xiàn)代市區(qū)的裙樓以及由于建筑材料等導(dǎo)致建筑物點(diǎn)云密度不均勻等，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜和空間分布不規(guī)則，如何快速、高效、自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)建筑物的單體分割仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)的課題，也是一個(gè)亟需解決的難題。

目前對(duì)建筑物單體分割主要用八鄰域聚類算法、歐式距離聚類算法、密度聚類算法、區(qū)域增長(或移動(dòng)窗口法)等，但對(duì)于建筑物單體分割的研究大部分都是在建筑物建模過程中對(duì)建筑物點(diǎn)云在二維空間內(nèi)聚類，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜和裙樓建筑物和點(diǎn)云密度不均勻建筑物缺少深入研究，無法實(shí)現(xiàn)單體分割。與現(xiàn)有建筑物點(diǎn)云單體化相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于抗噪聲強(qiáng)、魯棒性好，通過多尺度與自適應(yīng)性實(shí)現(xiàn)了對(duì)密集城區(qū)的建筑物、裙樓結(jié)構(gòu)的建筑物和點(diǎn)云密度不均勻建筑物點(diǎn)云的單體分割。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于規(guī)避現(xiàn)有方法單一尺度非自適應(yīng)的問題，提供一種多尺度自適應(yīng)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云建筑物單體化分割方法，將現(xiàn)有的聚類方法與建筑物單體化評(píng)估方法相結(jié)合，充分考慮建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜和空間分布不規(guī)則的特點(diǎn)，以解決老城區(qū)的密集建筑物、現(xiàn)代市區(qū)的裙樓以及由于建筑材料等導(dǎo)致建筑物點(diǎn)云密度不均勻的數(shù)據(jù)建筑物單體分割問題，對(duì)多種數(shù)據(jù)具有自適應(yīng)性，將過分割的單體進(jìn)行合并，實(shí)現(xiàn)了多尺度自適應(yīng)的建筑物單體分割。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種多尺度自適應(yīng)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云建筑物單體化分割方法，該方法包括以下步驟：

步驟1、獲取建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)計(jì)算建筑物的點(diǎn)云間距；

步驟2、通過二維多尺度密度聚類算法對(duì)建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行單體分割，將其分割為單體結(jié)構(gòu)和非單體結(jié)構(gòu)；

步驟3、去除非單體結(jié)構(gòu)建筑物立面點(diǎn)云，將其在Z軸方向上進(jìn)行縮放變換，對(duì)變換后的點(diǎn)云運(yùn)用三維多尺度密度聚類算法進(jìn)行單體分割，將其分割為屋頂單體結(jié)構(gòu)和非屋頂單體結(jié)構(gòu)；

步驟4、對(duì)非屋頂單體結(jié)構(gòu)的建筑物點(diǎn)云在未縮放變換的尺度上再次運(yùn)用三維多尺度密度聚類算法，將其分割為屋頂單體結(jié)構(gòu)；

步驟5、將屋頂單體結(jié)構(gòu)投影到XOY平面內(nèi)，進(jìn)行區(qū)域增長，獲得三維單體結(jié)構(gòu)和三維單體結(jié)構(gòu)之外的其它點(diǎn)云；

步驟6、將三維單體結(jié)構(gòu)之外的其它點(diǎn)云運(yùn)用密度聚類算法進(jìn)行聚類，對(duì)屋頂細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行識(shí)別并合并到對(duì)應(yīng)的屋頂單體結(jié)構(gòu)中，對(duì)于最小外接矩形長和寬大于最小建筑物閾值的非屋頂細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)簇識(shí)別為小建筑物單體結(jié)構(gòu)，否則，該簇為建筑物附屬物點(diǎn)云；