[發明專利]一種基于激光測量點云的室內結構分割方法

在審

• 申請號: 202210039634.2
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114463524A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 蘇飛;劉耀輝;杜英坤;畢京學;鄭國強;于明洋
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學;農業農村部大數據發展中心
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明公開了一種基于激光測量點云的室內結構分割方法，包括輸入室內三維點云后，首先基于給定的初始分辨率，使用TBBS超體素分割方法，實現點云的超體素分割，提取平面超體素單元；借助曲率和法向量變化，提取曲面超體素中的曲面點單元；基于平面超體素，擬合室內平面模型；基于曲面點，使用圓柱單形，擬合室內曲面模型；最終，基于α擴張優化算法，將提取的超體素單元和曲面點單元，分配給最優的模型，實現單元分類與分割。本發明先將室內三維點云預分割為超體素單元，每個超體素內點共享相同的法向量和曲率，有助于點云噪聲的濾除與點云處理的效率。超體素集采用多分辨率，保證了超體素預分割的邊界準確性和曲面結構完整性。

技術領域

本發明屬于地圖制圖技術領域，特別涉及一種基于激光測量點云的室內結構分割方法。

背景技術

隨著經濟活動的快速發展，建筑物的數量大幅增加，人類的室內活動顯著增長。與此同時，建筑物內部結構也呈現大型化、復雜化趨勢

。因此，人們對室內環境的了解和認知需求也隨之不斷提升，室內場景理解與識別引發了廣泛的關注。室內結構提取與分割，作為室內場景理解的基礎部分和主要組成部分，在室內環境認知與理解上具有重要意義。

借助傳統測量手段，人工分割識別室內結構，費時費力。隨激光傳感器技術發展，基于激光點云進行室內結構分割識別具有速度快、精度高等優勢，成為室內場景理解與識別的研究熱點。然而，基于室內三維點云的室內結構分割尚存若干問題，如由于室內設施相互遮擋導致的墻面信息大面積缺失，由于室內的窗戶、玻璃等強反射面導致的噪聲與測量誤差，以及由于曲面結構擬合困難導致的曲面過分割等問題。上述問題給自動分割識別室內結構，帶來了極大困難。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種以含噪聲、遮擋的室內三維點云為輸入，實現室內結構自動分割技術，為后續室內場景理解、三維建模等應用，提供有效的數據基礎。

本發明所采用的技術方案是一種基于激光測量點云的室內結構分割方法，包括以下步驟：

步驟1，輸入室內三維點云后，首先基于多分辨率超體素，進行點云預分割，提取平面超體素，包括以下子步驟：

步驟1.1，基于給定的初始分辨率r，使用TBBS超體素分割方法，實現點云的超體素分割，生成超體素集合；

步驟1.2，每一超體素分類為平面超體素和曲面超體素，平面超體素存入平面超體素集PC，曲面超體素存入新點集NPC；

步驟1.3，基于當前分辨率r＝r*r_dio，NPC中點實施TBBS超體素分割，生成新的超體素集C′，NPC內點清空；

步驟1.4，針對新集合C′，重新執行步驟1.2；

步驟1.5，若執行完畢，NPC不為空，則重復執行1.3和1.4；重復迭代，直至NPC為空，或當前分辨率r小于給定分辨率閾值r_min，獲取平面超體素集PC；

步驟2，基于TBBS超體素分割方法，提取曲面超體素內點集，包括以下子步驟：

步驟2.1，基于給定分辨率r，使用TBBS超體素分割方法，實現點云的超體素分割，點云生成超體素集合；

步驟2.2，對每一超體素，運用步驟1.2的方法，曲面超體素內點存入曲面點集NP；

步驟3，以平面超體素為單元，提取平面模型，包括以下子步驟：

步驟3.1，計算每個超體素pc_i∈PC的曲率，并按照曲率由小到大排序；

步驟3.2，選取曲率最小的超體素pc_s，計算pc_s的中心點和法向量，建立平面模型η_s；