[發明專利]一種基于能量函數的室外點云場景中樹木提取方法

在審

• 申請號: 202010680646.4
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111986223A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 寧小娟;侯媛媛;田戈;王映輝;金海燕
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06T7/187
• 分類號: G06T7/187;G06K9/62;G06T7/00;G06T5/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

1.一種基于能量函數的室外點云場景中樹木提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，選取LiDAR點云數據，剔除LiDAR點云數據中的平面點，得到候選樹木點；

步驟2，將步驟1中候選樹木點利用歐幾里得聚類算法進行聚類處理，將所有聚類得到的簇保存在簇集C中；

步驟3，對步驟2得到的簇集C進行相似性矩陣計算；添加唯一性約束和條件性約束，隨后計算簇集C的能量函數，根據能量函數對簇集C中的簇進行合并；

步驟4，根據步驟3中合并之后的簇集，對其進行篩選優化，對每個簇的點數進行判斷，對點數不大于1000的簇進行刪除，提取結束。

2.根據權利要求1所述的一種基于能量函數的室外點云場景中樹木提取方法，其特征在于，所述步驟1具體為：

步驟1.1，在LiDAR點云數據中隨機選取不少于三個且不共線的點，擬合呈一個平面，通過法向量計算平面的四個系數；

步驟1.2，計算LiDAR點云數據中剩余每個點至步驟1.1平面的距離，根據閾值判斷距離平面較近的點，記為模型的局內點，記錄模型的局內點數量；

步驟1.3，重復迭代，當滿足迭代退出條件，則退出循環，得到整個迭代過程中最合理的解，即為平面點集；

步驟1.4，將步驟1.3中的平面點集剔除，得到候選樹木點。

3.根據權利要求2所述的一種基于能量函數的室外點云場景中樹木提取方法，其特征在于，所述步驟1.3中迭代退出條件具體為：

步驟1.3.1，設W為隨機抽到局內點的概率，n′表示計算模型參數需要選取的數據個數，得到隨機抽取n′個點都是局內點的概率W^n′；計算至少存在一個局外點的概率，記為1-W^n′；計算迭代k′次都至少存在一個局外點的概率(1-W^n′)^k′；則迭代k′次至少可以獲得一組正確模型參數的概率記為1-(1-W^n′)^k′；

步驟1.3.2，計算置信度P＝1-(1-W^n′)^k′；

步驟1.3.3，對步驟1.3.2中置信度P取對數，反推得到k′＝log(1-P)/log(1-W^n′)，k′值即為迭代終止條件，當實際迭代次數不小于k′時，退出循環。

4.根據權利要求1所述的一種基于能量函數的室外點云場景中樹木提取方法，其特征在于，所述步驟2具體為：

步驟2.1，利用kd-tree對步驟1中的候選樹木點建立拓撲組織結構；

步驟2.2，選擇步驟2.1中拓撲組織結構中的任意某點p，通過kd-tree近鄰搜索算法找到k個距離p點最近的點，距離小于設定閾值的聚類到集合Q中；

步驟2.3，選取集合Q中除過p點的其余點點，通過kd-tree搜索k近鄰，針對小于距離閾值的點繼續將其添加到集合Q中，重復直至Q中元素的數目不在增加，劃分完成一個簇；

步驟2.4，繼續選取在集合Q以外的點，重復步驟2.2和步驟2.3，直至拓撲組織結構中所有的點都被劃分到某一個簇里面，將所有聚類得到的簇保存簇集C中。