[發明專利]一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法

在審

• 申請號: 202210988496.2
• 申請日: 2022-08-17
• 公開（公告）號: CN115409966A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 王辰星;陳禹昕;馬淼;魏海坤;夏思宇;張侃健;李駿揚;杜松林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06T17/10
• 分類號: G06T17/10;G06T7/73;G06V30/422;G06V30/19;G06V30/18
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張天哲

1.一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟1：對二維矢量圖紙進行預處理，包括輪廓掩膜提取、編號提取、平面分割和視角校正，簡化并拆分出部件模型的各個平面并附加平面標簽，包括“主平面”和“輔平面”；

步驟2：對于步驟1中分離出的各個平面進行二維信息提取；通過一種拓撲結構識別算法，得到二維矢量圖紙上每根結構件的端點與其像素距離；通過OCR算法識別結構件編號，并基于位置距離特征，將其與識別的拓撲線段進行一對一匹配；通過識別構件明細表，得到每根編號結構件對應的實際長度；最終實現拓撲線段—結構件編號—結構件長度的映射關系，以獲取圖紙像素尺寸與實際尺寸的比例尺，實現從像素坐標系到真實世界坐標系的轉換，得到各平面結構件的二維特征信息；

步驟3：對步驟2中得到的各個平面的二維信息進行特征匹配，同時依據步驟1中標記的平面標簽，得到“主平面”與“輔平面”之間的連接關系與相對位置，從而計算出各平面的三維空間平面方程，實現二維視角平面到三維空間平面的升維，并最終通過點云生成算法得到各部件的真實世界三維點云；

步驟4：通過識別總覽圖紙，得到步驟3得到的各部件點云的空間位置信息，并對其進行相應的平移與拼接，最終合并成為一個完整的三維點云模型。

2.根據權利要求1所述的一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法，其特征在于：所述步驟1中采用的圖紙應包含桁架結構圖、結構件編號、構件明細表；提取結構件輪廓掩膜，采用的網絡為一種改良的Resnet網絡，亦可采用其他網絡或其變體；數據標注基于Labelme軟件；結構件編號提取，是通過OCR算法與霍夫變換圓檢測算法相結合，識別得到編號信息；平面分割，是通過連通域算法得到平面拓撲的聚類，從而分割出各個平面；視角校正，是通過計算obb包圍盒并將其旋轉至正視視角，亦可采用其他視圖校正算法。

3.根據權利要求1所述的一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法，其特征在于：所述步驟2中的一種拓撲結構識別算法，首先采用邊緣檢測和直線檢測的算法檢測得到遍布整張圖像的所有直線段，其中只需保證檢測出的所有直線段能囊括圖像的拓撲線條即可，而對直線檢測的線段長度、線段數量等參數均無要求；接著，采用一種基于自定義領域半徑的聚類算法，將實際共線的線段聚類在一起，其中將領域半徑設置為由共線相似度、位置重合度這兩部分特征組成，從多個維度提取出實際共線的線段組成一個類別；然后，對于每個類別，采用矢量拼接的算法得到一個完整的矢量線段，再將這些拼接后得到的線段進行端點的平滑連接，最終得到拓撲線條檢測的最優解；所述的OCR算法基于paddle框架，亦可使用其他OCR識別庫。

4.根據權利要求1所述的一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法，其特征在于：所述步驟3中，依據各個平面的二維信息和標簽信息進行特征匹配，找到“主平面”與“輔平面”之間的共線，以及相對空間位置，從而計算平面交線端點的坐標；對于任一平面，采用FPS最遠點采樣算法選取若干分布均勻的三維坐標點，并擬合得到平面方程；所述的點云生成算法，是采用羅德里格斯算法將連接向量旋轉、平移至豎直方向，隨機生成理想密度的散亂點，再對其進行逆變換，從而快速生成平滑、密度均勻的桁架點云。

5.根據權利要求1所述的一種從二維矢量圖紙自動重建桁架結構三維點云的方法，其特征在于：所述步驟4中，通過OCR算法識別每個局部段的段號與數字標注，采用角點檢測算法識別標注線的端點并與段號進行匹配，從而得到每個局部段部件的相對空間位置。