[發明專利]基于三維成像聲納點云的海底地形三維模型自動建模方法

在審

• 申請號: 202010128881.0
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN113327321A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 肖路昊;陳錚;劉凌宇;張曉天;陳罡
• 申請（專利權）人: 北京創奇視界科技有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/20;G06T5/00;G06T5/20;G01S15/89
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1.一種基于三維成像聲納點云的海底地形三維模型自動建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、預處理，根據海底管道路由數據，計算得到海底地形三維模型建模范圍，然后根據建模范圍對基于聲納系統所采集的地形點云數據進行裁剪，得到建模范圍內的地形三維點云數據；

步驟二、柵格化，根據地形三維模型建模范圍，建立地形三維點云的平面映射矩陣，將點云上的所有頂點劃分到矩陣上的柵格中，并對同一個柵格內的頂點的高度進行反距離加權求和，將加權平均高度和作為柵格中心點的高度，從而形成柵格化的地形三維點云；

步驟三、迭代插值，通過多輪迭代的插值計算，逐步填充柵格化地形點云中的空缺位置，得到地形建模范圍內的完整的、無空隙的點云；

步驟四、平滑處理，通過中值濾波方法對完整的、無空隙的地形點云進行平滑處理，避免點云上局部區域的“尖刺”、“深坑”現象影響后續的地形三維渲染效果；

步驟五、地形采樣，以地形點云上的頂點對地形地貌的貢獻值為指標，對點云進行采樣，在減少點云頂點數量的同時盡可能保留地形上的關鍵點，減少后續執行地形三維渲染的計算機的性能壓力；

步驟六、表面重建，將地形點云上的頂點連接成三角形網格，形成地形三維網格模型。

2.如權利要求1所述的一種基于三維成像聲納點云的海底地形三維模型自動建模方法，其特征在于，所述的步驟一到步驟六具體為：

步驟一、根據管道路由數據，計算得到地形三維模型建模范圍，并根據建模范圍對三維成像聲納所采集的稠密點云進行裁剪，得到建模范圍內的地形三維點云；

步驟二、根據建模范圍內的地形三維點云，建立一個平面映射矩陣，根據矩陣柵格對點云中的點進行柵格歸類以及加權高度計算，將計算得到的點云高度數據存儲到矩陣中，形成柵格化的地形點云；

柵格化計算的步驟如下：

步驟201、計算建模范圍內的地形三維點云P_of的水平最值，包括x_max、x_min、y_max和y_min；

步驟202、根據用戶給定的柵格尺寸d_pixel，建立平面映射矩陣M_rc，其中r和c分別為M_rc的行數和列數：

步驟203、遍歷P_of點云，對當前正在計算的頂點V_i∈P_of進行柵格歸類；

步驟204、遍歷M_rc中的所有柵格，計算柵格中所有頂點高度的反距離加權平均值，作為柵格中心點的高度；

步驟三、對柵格化地形點云中的空缺位置進行迭代插值計算，得到建模范圍內完整的、無空隙的地形點云；

步驟四、采用中值濾波對建模范圍內的完整地形點云平滑處理，得到平滑地形點云；

步驟五、對平滑地形點云進行采樣，從點云中提取出對地形地貌幾何信息描述貢獻較大的頂點，形成地形采樣結果點云；

步驟六、通過三維表面重建算法將地形采樣結果點云上的頂點連接成三角形網格，形成地形三維模型。