[發明專利]基于點云數據的地面點擬合、作物高度提取的方法及系統

有效

• 申請號: 202210163899.3
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114548277B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 行敏鋒;周曉哲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: G06V10/762
• 分類號: G06V10/762;G06T7/11;G06V20/17
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 孫方

1.基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：包括以下步驟：

獲取帶有種植物區域的三維點云數據；

根據點云數據確定種植物冠層數據信息；

根據冠層數據信息和地面起伏信息確定地面點云數據；

根據地面點云數據擬合缺失高程數據的地面點；

所述種植物冠層數據信息按照以下步驟確定：

根據種植物間距將點云數據分區，建立包圍盒并根據包圍盒構建切片；

對包圍盒中各切片的點云數據進行密度聚類得到密度聚類中心；

根據各切片的密度聚類中心之間的差異標記冠層頂部點、冠層中部點和地面附近點；

濾除無效的冠層中部點，保留有效的冠層頂部點和地面附近點；

對地面附近點進行合并，應用RANSAC(隨即一致性抽樣)提取地面點；

根據所提取真實地面點，擬合部分冠層下的缺失地面點：

合并所有地面點，構建KNN查找表，根據水平距離和所需樣本數量查找任意冠層點下方的相關真實地面點；根據真實地面點與該冠層點的水平距離分配權重；計算這些地面點的加權平均高度，作為該冠層點正下方的地面高度；按照上述操作，遍歷所有冠層點，得到種植區完整的擬合地面高度。

2.如權利要求1所述的基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：所述地面點數據按照以下步驟確定：

根據地面起伏情況合并預設范圍內的地面附近點；

隨機選取地面附近點中的N個樣本點進行平面擬合，并根據地面起伏情況，設置容差范圍，找出距離擬合平面在容差范圍內的點，并統計內點個數δ；

重復選取樣本點進行內點數標記和統計，直到符合迭代結束條件，選取內點個數δ最大時的擬合平面作為提取結果，所述內點為是地面點云數據。

3.如權利要求1所述的基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：所述包圍盒與切片的構建是按照以下步驟來進行的：

根據子區域的點云分布建立包圍盒，在z軸方向從下到上將點云分為多個厚度為H₁的切片，另外再從上到下將點云分為多個厚度為H₂的切片，兩次切片厚度H₁、H₂分別根據地面起伏情況和冠層頂部點云厚度設置。

4.如權利要求1所述的基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：還包括以下步驟：

根據包圍盒中點云數據的高程信息進行密度聚類，如果得到兩個聚類中心，再按照這兩個聚類中心的高低標記冠層點與地面附近點；如果存在一個聚類中心，則根據臨近包圍盒內的聚類中心判斷點云種類。

5.如權利要求3所述的基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：還包括以下步驟：

比較包圍盒下半部分和上半部分中每個切片內的點數與所有切片中點數平均值的大小，若某個切片內的點數小于平均值，則其中的內點被認為是無效的中部冠層點或離群點并被濾除。

6.如權利要求2所述的基于點云數據的地面點擬合方法，其特征在于：所述擬合缺失高程數據的地面點是按照以下步驟進行的：

合并所有地面點，構建KNN查找表，根據水平距離和所需樣本數量查找任意冠層點下方的地面點云數據；

根據地面點云數據與該冠層點云數據的水平距離分配權重；計算地面點云數據的加權平均高度，作為該冠層點正下方的地面高度；

按照上述操作，遍歷所有冠層點，得到種植物區域的擬合地面高度。

7.根據權利要求1-6中任一項所述的方法來實現作物高度提取的方法，其特征在于：包括以下步驟：

根據利用地面點云數據擬合的地面點以及帶有種植物的三維點云數據得到種植物區域的地面點；

根據帶有種植物區域的三維點云數據得到的種植物的冠層頂部點；

根據冠層頂部點和擬合后的地面點，計算采樣區域內的種植物高度。

8.基于無人機點云和擬合地面點的種植物高度提取系統，其特征在于：包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序時實現權利要求7所述方法的步驟。

9.基于無人機點云和擬合地面點的種植物高度提取系統，其特征在于：包括數據獲取單元、冠層切片濾波器、真實地面點提取單元、擬合缺失地面點單元、作物高度估測單元；

所述數據獲取單元，用于獲取農作物種植區域的無人機影像，通過SfM算法生成的三維點云；

所述冠層切片濾波器，用于對原始點云進行預處理，根據實際作物種植間距將點云分區，構建包圍盒與內部切片；對包圍盒中的點云進行聚類，初步判斷點云種類；根據各切片的密度差異標記冠層頂部點、冠層中部點和地面附近點；濾除無效的冠層中部點，保留有效的冠層頂部點和地面附近點；

所述真實地面點提取單元，用于對地面附近點進行合并，應用隨即一致性抽樣算法提取地面點；

所述擬合缺失地面點單元，用于根據所提取真實地面點，擬合部分冠層下的缺失地面點；

所述作物高度估測單元，用于根據冠層頂部點和擬合地面點，計算采樣點的種植物高度；

合并所有地面點，構建KNN查找表，根據水平距離和所需樣本數量查找任意冠層點下方的相關真實地面點；根據真實地面點與該冠層點的水平距離分配權重；計算這些地面點的加權平均高度，作為該冠層點正下方的地面高度；按照上述操作，遍歷所有冠層點，得到種植區完整的擬合地面高度。