[發明專利]石窟點云中提取佛龕的方法

在審

• 申請號: 202210109005.2
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114429537A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 侯妙樂;苗一鳴;胡平波;王飛;付強
• 申請（專利權）人: 北京建筑大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06K9/62;G06V10/762;G06V10/764;G06V10/77;G06V10/774
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 吳朝陽

1.石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，包括：

步驟一、掃描獲取石窟點云數據并進行數據優化處理，構建點云特征集；

步驟二、隨機選擇點云數據制作訓練樣本和測試樣本，選擇隨機森林作為分類器，訓練隨機森林分類模型，并將點云粗分類為單尊佛佛龕類點云數據、雙尊佛佛龕類點云數據、墻壁類點云數據；

步驟三、通過連通性約束濾波優化區分單尊佛佛龕龕壁、雙尊佛佛龕龕壁與墻壁，精分類得到單尊佛佛龕類點云數據、雙尊佛佛龕類點云數據、墻壁類點云數據；

步驟四、提取精分類得到的單尊佛佛龕類點云數據，先通過條件歐式聚類得到多個由相連單尊佛佛龕組成的點云數據，然后以單個單尊佛佛龕內包含點云的數量作為基數進行K均值聚類，提取每一個單獨的單尊佛佛龕對象；

步驟五、若存在多個不相鄰的雙尊佛佛龕，提取精分類得到的雙尊佛佛龕類點云數據，通過條件歐式聚類，提取每一個單獨的雙尊佛佛龕對象。

2.如權利要求1所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟一中的數據優化處理包括點云數據配準、去噪和去重。

3.如權利要求1所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟一中的構建點云特征集包括：

S1、構建初始點云特征集：

使用PCA算法將點云的球形鄰域近鄰點擬合成平面，在該平面上計算樣本方差與樣本協方差，以此為基礎構建協方差矩陣，計算特征值和特征向量，將特征值歸一化，計算幾何特征；

S2、篩選優化點云特征集：

對隨機森林中的特征重要性進行排序，選擇重要性最低的特征并擬定刪除，如果測試精度提升則確定刪除該特征，反之則標記該特征為正相關特征；

重復多次后剩下的若干個特征為最重要特征，將最重要特征和正相關特征組成最終的特征集。

4.如權利要求3所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟一中的點云特征集包括X坐標、Y坐標、Z坐標、高斯曲率、垂直度、各向異性和局部曲率變化。

5.如權利要求1所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟二中的訓練隨機森林分類模型包括：將訓練樣本和測試樣本輸入到隨機森林中，通過網格調參的方式進行參數調節，確定隨機森林的最佳參數。

6.如權利要求1所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟三中的連通性約束濾波包括：

設置兩個空的集合，其中一個集合隨機添加一個點云作初始點，設定鄰域半徑向外搜索查找同類的單尊佛佛龕類點或雙尊佛佛龕類點或墻壁類點，鄰域半徑大于兩相鄰點云之間的距離，如果是同類點則加入初始點所在的同一個集合，集合內的點繼續向外搜索，直到搜索不到同類點，反之則加入另一個集合，該集合中的點均為外圍的非同類點；

當初始點所在的集合的點云數量達到閾值，則確定該集合為單尊佛佛佛龕類點云數據集合或雙尊佛佛龕類點云數據集合或墻壁類點云數據集合，反之則為粗分類錯分，將錯分點并入另一個集合并更正點的類型。

7.如權利要求1所述的石窟點云中提取佛龕的方法，其特征在于，步驟四中包括：

添加一個步驟三得到的單尊佛佛龕類點云數據作初始點，設定歐氏距離向外搜索進行條件歐式聚類，歐氏距離小于兩相鄰佛龕之間的距離，如果鄰域內點云數量達到閾值，則聚類為一類，即由相連單尊佛佛龕組成的點云數據，繼續向外搜索，反之則排除，視為邊界點，不再向外搜索，最終得到多個由相連單尊佛佛龕組成的點云數據；

針對每個由相連單尊佛佛龕組成的點云數據，以單個單尊佛佛龕內包含點云的數量作為基數，估算K均值聚類中的K值，聚類提取得到每一個單獨的單尊佛佛龕對象。