[發明專利]一種基于機載激光雷達樹點云重建三維樹模型的方法

有效

• 申請號: 202010469062.2
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111612896B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 胡少軍;李崢嶸;董蘇營;周遠山;張志毅
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/10
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 吳林

1.一種基于機載激光雷達樹點云重建三維樹模型的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將機載激光雷達樹點云投影至平面形成高度圖；

樹冠的形狀表明樹干的中心位置高、周圍高度低且從中心到四周高度呈遞減趨勢，基于樹冠這一特點，將樹點云的最高位置投影到平面上，顏色用對應高度值表示形成高度圖；

S2、采用切片法交互式分隔獲取單棵樹點云；

S21、根據高度圖交互式粗選單棵樹區域；

根據高度圖選擇樹冠的中心，確定樹冠的大致區域半徑，同時對應三維空間聯動生成一個圓柱體區域，計算落入圓柱體內的點；

將落入圓柱體內的點根據高度方向分成多個切片，針對切片內的點，獲得對應的切片凸包；

S22、交互式精細調整凸包；

交互式調整或刪除凸包形成的多邊形的頂點，并動態判斷哪些點落入了新凸包的多邊形區域內；

若點均在凸包的多邊形內部，則全部選定為當前單棵樹切片中的點云，至上而下依次調整所有切片，連接相鄰切片形成三維凸包，導出三維凸包內的點云即形成分割后的單棵樹點云；

S3、基于單棵樹點云構造連通圖；

S4、基于植物學規律構建樹點云的方向場；

方向場幾乎對稱于樹的中心線；樹干方向幾乎垂直于地面；當從中心線移動到圖像的側面時，方向角減小，分枝逐漸指向水平；高枝的方向角變化較低，枝的方向角變化慢；

S5、基于貪婪算法生成樹骨架；

在連通圖的基礎上，基于貪婪算法結合方向場生成樹骨架；

S6、基于管道模型和廣義圓柱體重建樹的三維幾何模型；

根據樹骨架采用管道模型和廣義圓柱體進行繪制，獲得三維樹模型。

2.如權利要求1所述的基于機載激光雷達樹點云重建三維樹模型的方法，其特征在于，所述步驟S1生成高度圖的方法為：

選取一片機載雷達樹林點云，點云中任意一點在三維空間表示為P_i＝(P_ix,P_iy,P_iz)(i＝1,2,…,n)，P_min和P_max分別表示點云包圍盒最小和最大坐標值點，Δs為分辨率，將點云離散化投影的二維高度圖像的長寬分別表示為和

3.如權利要求2所述的基于機載激光雷達樹點云重建三維樹模型的方法，其特征在于，所述步驟S21獲得對應的凸包的方法為：

圓柱體的上下底中心位置分別為(aΔs+P_max.x,P_max.y,bΔs+P_max.z)和(aΔs+P_min.x,P_min.y,bΔs+P_min.z)，圓柱的半徑為rΔs，然后計算出落入圓柱體內的點并表示為P′_i(i＝1,2,…,m)，P′_min和P′_max分別表示圓柱體內點云包圍盒最小坐標值點和最大坐標值點，設定Δh為高度方向切片分辨率，將落入圓柱體內的點分為個切片，落入第i個切片的點Q_i(i＝1,2,…,N)對應高度范圍為[P′_min.y+(i–0.5)Δh,P′_min.y+(i+0.5)Δh]，針對切片i內的點Q_i，采用安德魯單調鏈凸包算法求得對應凸包，步驟如下：

a.將給定Q_i按x坐標升序排序，x坐標值若相同則按y坐標升序排序；

b.創建凸包上部

將排序后的點按照x坐標從小到大加入凸包S，若新加入點使得S不再是凸多邊形，則逆序刪除之前加入S的點，直到S重新成為凸多邊形為止；

c.創建凸包下部

將排序后的點按照x坐標從大到小加入凸包V，若新加入點使得V不再是凸多邊形，則逆序刪除之前加入V的點，直到V重新成為凸多邊形為止；

合并集合S∪V形成最終Q_i對應凸包。