[發明專利]一種基于邊緣判定與區域生長的點云分割方法

有效

• 申請號: 202110454659.4
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113269791B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 黃軍輝;王昭;盧磊磊;史榮鈞;李子君;高建民
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/187;G06V10/44;G06V10/26;G06V10/77
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

1.一種基于邊緣判定與區域生長的點云分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，對測量獲取到的散亂點云建立拓撲關系，構建高效靈活的點云索引；

S2，采用基于八叉樹的多尺度濾波方法對點云索引進行降噪處理，作為分割的數據；具體方法如下：

選取大小在點云密度N倍的值作為初始濾波半徑，在該尺度下對點云索引進行濾波去噪；

不斷縮小濾波半徑，并重復上述過程；

觀察離群點和主體點云濾波后的情況，直到去噪效果滿足設定要求，則停止迭代；

S3，通過降噪后的點云索引搜索計算K鄰域，并以此為基礎，擬合近鄰平面、二次曲面，分別求取點云法向量和曲率的高維特征，作為分割的依據；

S4，采用基于邊緣判定與區域生長的方法，結合S2得到的數據和S3得到的依據，對點云模型進行分割，并用平均交并比MIOU評價分割結果的準確性；在基于邊緣判定與區域生長的方法中，選取種子點時優先選取未分割區域中Re值最小的點；采樣點的相似度判據為：

待判斷點與近鄰點的法矢夾角θ_i,k和待判斷點與近鄰點平均曲率的差值，通過判定鄰近點與當前種子點特征的相似程度區分生長區域；

采樣點的邊緣判據為：

一階平面擬合誤差Re_k，通過判斷點與一階平面的近似程度來區分邊緣點和內部點；

設定閾值Re_th，Re_k＞Re_th的點為邊緣點；

其中，Re_th＝mean(Re_k)+σ*std(Re_k)，mean(Re_k)表示一階平面擬合誤差的均值，std(Re_k)表示一階平面擬合誤差的標準差，σ為控制系數；

若該點同時滿足相似度判據和邊緣判據，則將其加入當前種子點集，最終實現點云分割。

2.根據權利要求1所述的一種基于邊緣判定與區域生長的點云分割方法，其特征在于，S1中，采用結合三維柵格與八叉樹方法對測量獲取到的散亂點云建立拓撲關系。

3.根據權利要求1所述的一種基于邊緣判定與區域生長的點云分割方法，其特征在于，S3中，利用點云索引方法建立局部鄰域，然后在鄰域范圍內通過PCA方法獲得局部一階平面，計算得到點云法向量n_k和平面擬合誤差Re_k，進行坐標變換后通過最小二乘方法擬合局部二次曲面，求取點云的曲率值，包括高斯曲率K和平均曲率H，計算方法如下：

K＝k₁·k₂

H＝(k₁+k₂)/2

其中：K——高斯曲率；

H——平均曲率；

k₁——主曲率極大值；

k₂——主曲率極小值。

4.根據權利要求1所述的一種基于邊緣判定與區域生長的點云分割方法，其特征在于，

平均交并比MIOU的計算方法如下：

其中：P₁₁——本屬于1類且被預測為1類的點數；

X₁——本屬于1類的點數；

Y₁——被預測為1類的點數；

n——分割后的類別數。