当前位置: 首页 > 专利查询>西南大学专利>正文

一种基于网格的激光点云规则排列处理方法技术

技术编号:19747257 阅读:37 留言:0更新日期:2018-12-12 05:05
本发明专利技术是一种基于背景网格下,将杂乱的、不规则分布的激光点云重新进行规则排列的方法,该方法包括:建立辅助背景网格;建立投影关系;将三维激光点云投影至网格;建立插值算法;插值规则点云;填补点云等。本发明专利技术通过以下步骤实现:(1)建立辅助背景网格单元;(2)建立投影关系,将三维激光点云投影至网格单元中;(3)建立插值算法,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等;(4)有点网格按网格单元内点云插值,重构排列规则的新点云;(5)无值网格的新点云通过相邻网格单元新点云插值实现。本发明专利技术提供的方法,适用于将排列杂乱、不规则的点云重新排列,提高点云的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于网格的激光点云规则排列处理方法
本专利技术涉及三维激光点云处理领域,激光建模、激光监测领域。
技术介绍
三维激光扫描技术包含机载激光扫描、车载激光扫描、地面激光扫描以及手持激光扫描等。随着激光扫描仪器、计算机硬件、软件技术的不断提升,各类激光扫描仪器价格的回落,三维激光扫描技术得到推广,广泛应用在复杂工艺品制造、复杂零件制造、文物还原、文物保存、城市沙盘建设、危岩体监测、大坝监测、结构监测等领域中。三维激光点云是各类激光扫描仪采集的原始数据,由于目标对激光的反射能力强弱不一、激光束倾角不一、遮挡等因素,对于表面复杂的对象(如地表、复杂零件),未经处理的点云通常呈现不规则排列、密度不均匀等现象,一般需对原始激光点云数据进行处理,以提高点云质量。将杂乱的、不规则分布的激光点云重新排列是点云处理的一种手段,目前常用的重新排列方法主要有依据窗口单元的重新排列。该方法事先给定一个窗口单元,该窗口中的最低点可以作为地形点,找出最低点,把窗口移动到下一个区域再找出最低点,直到遍历完所有的数据,以此对杂乱点云进行过滤,也可进行重新排列。除了最低点的方法,通常还有依据曲率、中值或平均和高斯方法等。其中,高斯方法把指定的区域内的权重看做高斯分布,它的平均效果比较小,所以能比较好的把原数据的形貌保持下来。平均法取窗口中的各个数据点的平均值。中值法取窗口内各个数据点的统计中值。使用上述方法的点云处理通常有一定的效果,但也有许多不足。一方面上述方法仅仅考虑了点云的坐标信息,没有考虑其他信息,如反射强度、颜色RGB值等,而这些点云的属性值在一些后期处理中也是必不可少的;另一方面,多数点云排列方法与插值方法多较为简单,如平均法、中值法,无法合适地表征激光点,或过于复杂,如高斯法,对杂乱海量的点云数据处理效率较低。为此,本专利技术中使用了一种新方法对三维的、杂乱的、不规则分布的点云进行重新规则排列。通过基于背景网格的方法,建立简单的距离反比插值算法对高程坐标、反射强度、颜色RGB插值是本专利技术的关键。本专利技术以提高杂乱的、不规则分布的、密度不均匀的三维激光点云质量为目的,为后续的文物保存、沙盘建设、结构监测等工作打下基础。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题由于目标表面对激光的反射能力强弱不一、激光束倾角不一、遮挡等特点,对于一些表面复杂的对象,未经处理的点云通常呈现不规则分布、密度不均匀等特征,将杂乱的、不规则分布的激光点云重新规则排列是某些建模、监测工作中进行点云处理的必要手段。本专利技术的目的主要在于:基于背景网格,将杂乱激光点云规则排列,进而为后续的文物保存、沙盘建设、结构监测等工作打下基础,达到合理的建模、监测效果。(二)技术方案为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:将三维激光扫描仪所采集的杂乱的、不规则分布的点云数据进行规则排列,包括以下内容:(1)建立辅助背景网格单元;(2)建立投影关系,将三维激光点云投影至网格单元中;(3)建立插值算法,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等;(4)有点网格按网格单元将原点云插值,重构排列规则的新点云;(5)无点网格的新点云通过相邻网格单元新点云插值实现。上述方案中,建立辅助背景网格单元具体包括:确定覆盖全部对象点云平面矩形范围R(X1,X2;Y1,Y2),即点云分布在(X1,X2)范围,(Y1,Y2)范围;再依据原始点云的扫描密度确定网格单元边长,若扫描密度为d,则网格单元边长大小取l=d,若扫描密度不详,可根据点云数据简略分析判断,具体判断方法:采用相应点云查看软件测量10处不同区域的激光点间距,记为(d1,d2,…,d9,d10),网格单元边长大小取l=(d1+d2+…+d9+d10)/10,另也可根据用户需求设定l;然后从X1到X2,从Y1到Y2按边长l排列网格单元,用Cij(a1,a2;b1,b2)表示,意义为:第i行第j列的网格单元,X坐标从a1到a2,Y坐标从b1到b2。上述方案中,建立投影关系,将三维激光点云投影至网格单元中的步骤。具体包括:对任一激光点P(X,Y,Z),找到其所在的网格单元Cij(a1,a2;b1,b2)下,同时满足a1≤X≤a2和b1≤Y≤b2,计算该点到其所属网格单元形心的距离r,公式如下,记为:Pij(r,Z,RA,RGB)。上述方案中,建立插值算法的步骤,主要包括:对于有点网格,按网格单元,采用距离反比插值方法将网格内原点云插值,重构排列规则的新点云,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等;依据Pij(r,Z,RA,RGB),提取所有Pij,若有n个Pij,按r大小排序{Pij(r0,Z0,RA0,RGB0)、Pij(r1,Z1,RA1,RGB1)、…、Pij(rn,Zn,RAn,RGBn)},其中r0≤r1≤…≤rn;插值公式为:上述方案中,有点网格按网格单元将原点云插值,重构排列规则的新点云的步骤包括:在网格形心处建立新点,使新点包含属性值{Zij,RAij,RGBij},由于网格排列规则,位于网格形心处的新点也是规则排列的。上述方案中,无点网格的新点云通过相邻网格单元新点云插值实现的步骤,主要包括:剔除点云边界外的无点网格单元,保留点云内部包含的无点网格单元;用户设定无点网格点云插值的方向,分为X方向与Y方向,新点通过相邻有点网格插值得到,位于无点网格单元形心处,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等;若X方向插值,从i=1行起,按j=1列直到最末一列开始搜索,直至搜索到无点网格单元Cij,则插值新点P0ij(Zij,RAij,RGBij)通过相邻有点网格单元平均值求得,如图2所示,表示为:同理计算RAij,RGBij;Y方向插值计算亦然;为无点网格单元新点P0ij附上高程(Zij)、反射强度(RAij)、颜色值(RGBij)等属性;循环步骤,直到所有无点网格单元均插值建立了新点。(三)有益效果1、本专利技术提出了一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,基于背景网格进行排列的手段使得点云能够排列规则,该处理手段提高了点云质量,为后期点云建模、监测大有益处。2、本专利技术提供的基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,按照距离反比插值方法,不需要复杂的公式迭代计算,兼顾了处理效率与效果,规则排列效果明显,插值质量良好;3、本专利技术提供的基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,先将点云总体进行规则排列(有点网格),再检查漏洞处(无点网格)做进一步处理,针对漏洞处(无点网格)提供了一种简单的点云规则插补方法,简单有效。附图说明图1是一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法流程图。图2是相邻网格单元新点云插值示意图。本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,其特征在于:所述方法具体步骤如下:(1)对于需要进行规则排列的对象点云,按其工程坐标系建立辅助背景网格单元,要求背景网格范围需覆盖对象点云,;(2)建立投影关系,将三维激光点云投影至网格中。依据工程坐标系下点云各点坐标与网格单元,按X、Y坐标的包含关系,将三维激光点云投影至网格单元中;对于恰处在相邻网格边界的激光点,同时计入相邻的网格;(3)建立插值算法,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等,以网格形心为插值中心;(4)对于至少包含一个激光点的网格单元,即有点网格,有点网格将单元网格中激光点插值到网格形心处,重构排列规则的新点云,在网格形心处建立新点;(5)若原始三维点云稀疏不均,在非点云边界处出现不包含激光点的网格单元,即无点网格,则无点网格值点通过相邻网格新点云插值实现,直至所有无点网格完成插值。

【技术特征摘要】
1.一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,其特征在于:所述方法具体步骤如下:(1)对于需要进行规则排列的对象点云,按其工程坐标系建立辅助背景网格单元,要求背景网格范围需覆盖对象点云,;(2)建立投影关系,将三维激光点云投影至网格中。依据工程坐标系下点云各点坐标与网格单元,按X、Y坐标的包含关系,将三维激光点云投影至网格单元中;对于恰处在相邻网格边界的激光点,同时计入相邻的网格;(3)建立插值算法,插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等,以网格形心为插值中心;(4)对于至少包含一个激光点的网格单元,即有点网格,有点网格将单元网格中激光点插值到网格形心处,重构排列规则的新点云,在网格形心处建立新点;(5)若原始三维点云稀疏不均,在非点云边界处出现不包含激光点的网格单元,即无点网格,则无点网格值点通过相邻网格新点云插值实现,直至所有无点网格完成插值。2.依据权利要求1中所述的一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,其中网格平面矩形范围为R(X1,X2;Y1,Y2),网格单元边长大小为l;网格单元表示为Cij(a1,a2;b1,b2),它们的确定方法如下:a)平面矩形范围R(X1,X2;Y1,Y2)需覆盖全部对象点云,即对象点云沿X方向分布在(X1,X2)范围,沿Y方向分布在(Y1,Y2)范围;b)依据原始点云的扫描密度确定网格单元边长,若扫描密度为d,则网格单元边长大小取l=d,若扫描密度不详,可根据点云数据简略分析判断,具体判断方法:采用相应点云查看软件测量10处不同区域的激光点间距,记为(d1,d2,…,d9,d10),则网格单元边长大小取l=(d1+d2+…+d9+d10)/10,另也可根据用户需求设定l;c)确定网格单元边长l后,点云范围在R(X1,X2;Y1,Y2)范围内X方向从小值到大值,即从X1到X2,从Y1到Y2按边长l排列网格单元,Cij(a1,a2;b1,b2)表示:第i行第j列的网格单元,X坐标从a1到a2,Y坐标从b1到b2。3.依据权利要求1中所述的一种基于网格的杂乱激光点云规则排列方法,建立投影关系,将三维激光点云投影至网格关系的方法特征如下:对任一激光点P(X,Y,Z),若X、Y坐标包含在网格单元Cij(a1,a2;b1,b2)下,记为:Pij(r,Z,RA,RGB),其中r的算式:点P(...

【专利技术属性】
技术研发人员:胡嫚吴飞姚凌云吴庆良
申请(专利权)人:西南大学
类型:发明
国别省市:重庆,50

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1