[發明專利]一種基于雙目視覺的單面樹木點云骨架線提取方法及系統

在審

• 申請號: 202011343171.6
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112465832A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 劉驥;夏張結
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T7/50;G06T7/62;G06T7/80
• 代理公司: 重慶雙馬智翔專利代理事務所(普通合伙) 50241
• 代理人: 顧曉玲;陳香蘭

1.一種基于雙目視覺的單面樹木點云骨架線提取方法，其特征在于，包括：

S1，獲取由雙目立體相機從單個角度拍攝目標樹木得到的左右視圖圖像；

S2，基于所述左右視圖圖像獲取深度圖，根據相機成像原理將所述深度圖轉換為點云模型，所述點云模型記為單面樹木點云；

S3，通過下采樣算法從所述單面樹木點云中提取N個采樣點構成采樣點集P，N為正整數；

S4，將采樣點集P劃分為M個分割區域，為每個采樣點設置標記所述采樣點所屬分割區域的分割標簽，所述M的大小由N確定，M為正整數，M小于N；

S5，在M個分割區域中基于中值算法迭代收縮獲得骨架點，在每次迭代中為每個候選骨架點的鄰域預設多個半徑，基于鄰域預設半徑獲得對應的候選骨架點更新位置，獲取不同預設半徑下的鄰域內采樣點在所述鄰域對應的候選骨架點更新位置周圍的聚攏程度，將聚攏程度最高的預設半徑作為本次迭代中候選骨架點的鄰域半徑更新值；

S6，連接骨架點獲得骨架線。

2.如權利要求1所述的一種基于雙目視覺的單面樹木點云骨架線提取方法，其特征在于，所述S5包括：

S51，參數設置步驟，具體包括：

設采樣點集P為I表示采樣點集P的索引集合；設迭代次數為k，k的初始值為0；設分割區域集合S＝{s_m}_m∈M，s_m表示第m個分割區域，分割標簽集合C＝{c_i}_i∈I，c_i表示第i個采樣點的分割標簽；

設第j個候選骨架點的鄰域半徑h_j的初始值為：d_j為候選骨架點x_j所在分割區域s_j的對角線長度，N_j表示候選骨架點x_j所在分割區域s_j中采樣點數量；

設第一目標函數為：argmin∑_i∈I∑_j∈J||x_j-p_i||θ(||x_j-p_i||,j)+R(X)，其中，θ(r,j)為第一權重函數，r代表函數θ(r,j)的變量，p_i第i個采樣點的深度值，R(X)為正則項，第j個候選骨架點的局部排斥力調節參數分別表示以第j個骨架點為中心以h_j為局部半徑由采樣點構成的局部點云進行主成分分析獲得的第一主成分對應特征值、第二主成分對應特征值、第三主成分對應特征值，γ_j表示平衡常數；

S52，從采樣點集P中隨機選擇J個采樣點作為候選骨架點集合X的初始值X⁰；

S53，令k＝k+1，執行第k次迭代收縮過程：

S531，對于每個分割區域中的每個候選骨架點，更新候選骨架點的鄰域半徑和位置，具體包括：

步驟A，對于第j個候選骨架點，分別設置三個增量假設H₀、H₁和H₂：

H₀:

H₁:

H₂:

其中，表示第j個候選骨架點第k－1次迭代鄰域半徑；表示第j個候選骨架點第k次迭代鄰域半徑，所述K1、K2分別表示第一比例系數、第二比例系數，0＜K1＜K2＜1；

步驟B，分別基于三個增量假設下的第k次迭代鄰域半徑利用骨架點位置更新公式獲得第j個候選骨架點第k次迭代的位置骨架點更新公式為：

其中，第一迭代變量第二迭代變量μ表示候選骨架點集合X的局部排斥力參數；分別為σ_j、的第k－1次迭代值；表示第j個候選骨架點在第k－1次迭代中的位置；表示候選骨架點集合X中除了第j個候選骨架點外的第j'個候選骨架點第k－1次迭代中的位置；

步驟C，分別計算三個增量假設下的判別函數數值，將第j個候選骨架點的鄰域半徑和位置的第k次迭代值分別更新為判別函數數值最大的增量假設下計算獲得的和

所述判別函數為：D(x_j”,s_j)∈[0,1]；

所述x_j”表示第j個候選骨架點在增量假設下獲得的候選骨架點位置N_j表示第j個候選骨架點所在分割區域s_j中采樣點的數量；η(x_j”,s_j)表示分割區域s_j中滿足到點x_j”的距離在區間[0,σ(x_j”,s_j)]內的采樣點的數量，σ(x_j”,s_j)表示分割區域s_j的采樣點到點x_j”的距離的方差；

S532，根據第k－1次迭代獲得的候選骨架點集合X計算第一目標函數值獲得第一數值，根據第k次迭代獲得的候選骨架點集合X計算第一目標函數值獲得第二數值，若第二數值相比第一數值的減小量達到誤差閾值，將第k次迭代獲得的候選骨架點集合X作為骨架點集合并輸出，進入S6；若第二數值相比第一數值的減小量未達到誤差閾值，返回S53。