[發明專利]一種基于半邊排序法的三維孔洞補償方法

在審

• 申請號: 202010848916.8
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112184564A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 周子建;侯鵬程;吳俊逸;董丹丹
• 申請（專利權）人: 湖北三江航天紅峰控制有限公司
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T17/20
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 王艷波

本發明公開了一種基于半邊排序法的三維孔洞補償方法，包括：采集點云數據，對點云數據進行預處理；其中，預處理包括降采樣和濾波；將預處理后的點云數據通過法線投影到二維平面后進行三角剖分，得到平面內各點的拓撲關系，并確定各原始三維點的拓撲連接，得到半邊結構的點云網格；判別點云網格中的空洞，依次獲取組成孔洞的所有邊界邊，對所得的邊界邊進行排序；對排序的孔洞所有邊界邊集合，取角度最小兩個半邊，增加新的半邊和三角片，依次迭代直到孔洞修補完成。本發明能夠根據孔洞邊界邊的數量對孔洞進行選擇性填補，通過對孔洞周圍半邊的迭代插邊，保持了孔洞曲面的完整性和平滑性，具有復原度高、魯棒性強的特點。

技術領域

本發明涉及點云圖像修復技術領域，具體涉及一種基于半邊排序法的三維孔洞補償方法。

背景技術

三維點云模型廣泛運用于測繪、文物古跡保護和逆向工程建模等領域。在測繪領域中，經緯儀測繪法工作量大且精度較低，一般運用精度更高的激光掃描儀來獲取三維數據。由于采集的過程存在數據丟失、實物引進等原因，點云模型會出現表面缺失和孔洞；這會對點云圖像的識別、體積測算的精度造成較大影響，如何完整且準確的獲取三維點云模型一直是圖像處理領域的研究熱點。因此，在將生成的點云模型運用到實際應用中，研究一種孔洞補償方法對模型進行修補十分必要。

近年來，孔洞補償算法出現很多不同方法的修補方式，主要有切片法、模板法、網格曲面法等等。切片法是以確定的一個方向進行切片，使得修補的結果存在不確定性和偶然性，魯棒性不高。模板法對于復雜程度較低的孔洞曲面，修補效果較好；但對于孔洞區域具有多種曲面的情況，修補效果不太理想。網格曲面法大多在構造新的三角面片時僅采用原有的孔洞邊緣頂點進行三角剖分，沒有加入新的三角面片，因此很難獲得適應性很好的三角修補面，造成修補效果不佳、難以保持孔洞邊緣尖銳特征的現象。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種基于半邊排序法的三維孔洞補償方法，其具有修補孔洞效率高、還原度高的優點。

本發明公開了一種基于半邊排序法的三維孔洞補償方法，包括：

步驟1、采集點云數據，對所述點云數據進行預處理；其中，所述預處理包括降采樣和濾波；

步驟2、將預處理后的點云數據通過法線投影到二維平面后進行三角剖分，得到平面內各點的拓撲關系，并確定各原始三維點的拓撲連接，得到半邊結構的點云網格；

步驟3、判別所述點云網格中的空洞，依次獲取組成孔洞的所有邊界邊，對所得的邊界邊進行排序；

步驟4、對排序的孔洞所有邊界邊集合，取角度最小兩個半邊，增加新的半邊和三角片，依次迭代直到孔洞修補完成。

作為本發明的進一步改進，所述步驟1，具體包括：

步驟11、通過激光掃描儀采集掃描后的點云數據模型，采用Statistical OutlierRemoval濾波器對所述點云數據模型的離散點進行濾波；

步驟12、采用VoxelGrid濾波器對濾波后的點云數據進行降采樣，對輸入的數據創建一個體素大小為lenth_t三維體素柵格，將體素中所有點的重心來顯示體素內其他所有的點。

作為本發明的進一步改進，在步驟11中，所述濾波的方法包括：

對點云數據模型中每個點的鄰域做一個統計分布，計算每個點到其所有鄰近點的平均距離，若其平均距離在標準范圍lenth_g以外，則移除該離散點。

作為本發明的進一步改進，所述步驟2，具體包括：

步驟21、將預處理后的點云數據通過法線投影到二維平面，在二維平面內對投影的點云數據基于Delaunay的三角剖分；