一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法技术

本发明专利技术是一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法,其特点是，包括如下步骤：首先通过顶点拉普拉斯向量与其法向做内积构造顶点信号；然后基于三维模型顶点的法向张量构造顶点的结构特征描述子刻画几何模型的特征，并将其作为非局部均值滤波权值的计算依据对顶点信号进行平滑；最后将平滑信号进行曲面重建得到去噪模型。该方法在去除几何模型噪声的同时能够较好地保持模型的特征，取得了很好的去噪效果。

A 3D geometric model denoising method based on structural feature description

The present invention is a denoising method based on the structural characteristics of the description of the 3D geometry model, which is characterized by comprising the following steps: firstly, through the Laplasse method to the vertex vector and its inner product vertex and the vertices to the tensor signal; characteristics of three-dimensional model vertex method based on structure feature descriptor depict the geometric model, and the as a basis for calculating the non local mean filter weights to smooth the vertex signal; finally smooth signal denoising model by surface reconstruction. This method can not only eliminate the noise of geometric model, but also keep the characteristics of the model well, and obtain a good denoising effect.

【技术实现步骤摘要】
一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法
本专利技术涉及一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法。
技术介绍
随着数字化扫描技术的普及，获取大规模测量点所重建的三维几何模型已经被越来越多的领域广泛应用，如影视娱乐、虚拟现实、医疗诊断、工业制造、文物保护等。由于数字化设备精度误差、三维重建方法缺陷及一些人为因素等，获得的模型不可避免地存在各种噪声和扰动，它们的存在十分不利于显示传输及其他后续几何处理和分析操作，如几何模型参数化、三维水印、网格变形等，因此需要对获取的几何模型进行去噪处理。几何模型去噪早期的工作主要有基于拉普拉斯的光顺、基于曲率流的扩散以及基于频率域的滤波等方法。这些方法虽然能够很好的去除模型的噪声，但是由于在去噪过程中未将特征和噪声进行区分，很容易产生过光顺而将几何模型的一些特征去除。为了在剔除几何模型噪声的同时保持固有的几何特征，本领域技术人员提出了一些能够保持几何模型特征的各向异性的平滑方法，诸如基于双边滤波的去噪、基于各向异性扩散的光顺算法、基于全变分优化的去噪、基于压缩感知的去噪等。然而，现有的局部迭代的几何模型去噪方法一般不能保证结果的收敛性，比较容易出现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法，其特征是，它包括以下步骤：1)几何信号的构建对于以三角网格表示的三维几何模型，通过几何模型顶点的拉普拉斯算子和顶点法向进行内积构建几何信号，该信号能够刻画几何模型的局部细节特征；2)基于法向张量的结构特征描述子的计算通过顶点法向张量的所有特征值的和以及最小单位特征向量作为结构特征测度描述子，该描述子能够刻画几何模型上角点、边点和面点的特征信息；3)几何信号的非局部均值滤波通过各顶点相互之间结构特征测度描述子的差异作为非局部均值滤波权值的计算依据，对顶点的离散拉普拉斯算子与对应顶点法向量内积所得的几何模型上信号进行非局部均值滤波，得到一个新的几何信号；...

【技术特征摘要】
1.一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法，其特征是，它包括以下步骤：1)几何信号的构建对于以三角网格表示的三维几何模型，通过几何模型顶点的拉普拉斯算子和顶点法向进行内积构建几何信号，该信号能够刻画几何模型的局部细节特征；2)基于法向张量的结构特征描述子的计算通过顶点法向张量的所有特征值的和以及最小单位特征向量作为结构特征测度描述子，该描述子能够刻画几何模型上角点、边点和面点的特征信息；3)几何信号的非局部均值滤波通过各顶点相互之间结构特征测度描述子的差异作为非局部均值滤波权值的计算依据，对顶点的离散拉普拉斯算子与对应顶点法向量内积所得的几何模型上信号进行非局部均值滤波，得到一个新的几何信号；4)几何模型重建将原始几何模型顶点作为约束条件，通过将步骤3)所得的滤波后新的几何信号进行拉普拉斯曲面重建，得到非局部均值滤波后信号对应的几何模型。2.根据权利要求1所述的一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法，其特征是，所述步骤1)中几何信号的构建的具体实现为：设{vi|i＝1,2,…,n}为以三角网格表示的三维几何模型的n个顶点，Δ(vi)为顶点vi的离散拉普拉斯算子，顶点法向量为ni，将几何信号定义为两者内积形式为(1)式：si＝(Δ(vi),ni)(1)对于几何模型上所有顶点的几何信号，可以写成(2)式的矩阵形式：LV＝SN(2)其中V表示几何模型顶点的位置向量矩阵，S＝diag(s1,s2,…,sn)表示以顶点信号si作为对角线元素的矩阵，N为顶点的法向矩阵，L为几何模型的拉普拉斯矩阵，具有(3)式形式：其中wij＝cotαij+cotβij，αij,βij是顶点vi与vj连线所成的边所对的两个角，N(i)是顶点vi的一环邻域点集。3.根据权利要求1所述的一种基于结构特征描述的三维几何模型去噪方法，其特征是，所述步骤2)中基于法向张量的结构特征描述子的计算具体实现为：对于给定的几何模型的顶点vi，其法向张量可由它周围的三角面片的单位法向量定义为(4)式：其中F(vi)表示顶点vi周围的三角形的指标集合，为(5)式的权重系数：1A(fk)是三角形fk的面积，Amax是顶点vi周围的三角形的最大面积，是三角形fk重心；由于法向张量为三阶对称半正定矩阵，可以求出其特征值λ1≥λ2≥λ3≥0和所对应的单位特征向量e1,e2,e3，由于几何模型上角点、边点和面点所对应的特征值有明显的差距，而且最小特征向量的方向e3对应着顶点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建平，田胜景，谢琪，刘秀平，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22