基于区域生长的岩体点云平面提取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于区域生长的岩体点云平面提取方法。本发明专利技术首先将所输入的岩体点云进行块状体素划分，并使用特征参数表示各体素的几何特征，使得预处理后的点云数据以体素为点集单位，确保其空间邻域关系明确；其次根据体素的大小先后进行两次区域生长计算，其中第一次大尺度区域生长采用大体素作为生长单元，计算得到岩体的基本几何外形，在此基础上通过对大平面所包含的采样点数进行排序，以包含最多点的平面作为种子区域的选取参考，进行第二次小尺度区域生长计算，采用小体素完善上一步的提取结果。本发明专利技术可以很好地解决岩体数据因几何特征复杂而导致的平面难于提取的问题，能够准确获得岩体的结构面信息。

Extraction Method of Rock Point Cloud Plane Based on Region Growth

The present invention relates to a method for extracting point cloud plane of rock mass based on region growth. Firstly, the input rock mass point clouds are divided into blocks of voxels, and the geometric characteristics of each voxel are expressed by characteristic parameters, so that the pre-processed point clouds data take voxels as point-set units to ensure that their spatial neighborhood relations are clear; secondly, two regional growth calculations are carried out according to the size of voxels, in which the first large-scale region growth uses macroelements as growth units. Elements are used to calculate the basic geometric shape of rock mass. On this basis, the sampling points included in the large plane are sorted, and the plane containing the most points is used as the reference for selecting seed areas. The second small-scale region growth calculation is carried out, and the last step extraction results are perfected by using voxels. The method can solve the problem that the plane of rock mass data is difficult to extract due to the complex geometric characteristics, and can accurately obtain the structural plane information of rock mass.

【技术实现步骤摘要】
基于区域生长的岩体点云平面提取方法
本专利技术属于计算机视觉和三维点云数据处理的交叉领域，涉及点云特征提取、岩体三维重建等技术，特别涉及基于区域生长的岩体点云平面提取方法。
技术介绍
海量点云数据的处理理论及关键技术主要包括多视点点云数据的配准方法、点云数据的压缩及去噪方法、点云特征的提取和点云的三维重建等内容。对点云数据进行后期处理可以得到目标物体精确的三维模型，从而使我们充分了解目标物体的表面特性。点云数据处理中的平面提取环节可以有效地将处于同一平面的点集分割出来，在三维制图、目标识别、三维建模等诸多领域都有着广泛的应用。恰当的平面提取不仅能够直观反应目标物体的几何结构，还直接影响到后期三维重建质量的好坏。同时，对大量点集数据进行平面提取，使用平面块以最佳方式代替原始点云还可以有效压缩数据，便于数据的计算和传输。在岩石工程领域，地质调查的初始阶段需要获取岩体详细的空间结构信息，如空间方位、持久性、粗糙程度和块体尺寸等，为岩体开挖等工程提供稳定性分析的各种计算理论需要将岩体进行三维重建，再根据多面块体的几何模型和节理组织进行块体切割和稳定性计算，其所需的岩体三维模型必须要准确表达岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于区域生长的岩体点云平面提取方法，其特征在于主要包含以下步骤：步骤1、点云数据预处理，将点云数据进行两种不同大小的体素划分，并得到每个体素的几何特征参数；步骤2、大尺度区域生长，将步骤1划分出的大体素作为生长单元参与到第一次区域生长中，通过区域生长计算提取出目标岩体结构面的主体部分，形成平面提取的框架；步骤3、小尺度区域生长，以步骤1划分的小体素作为生长单元，计算结束后将输出岩体平面提取的最终结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于区域生长的岩体点云平面提取方法，其特征在于主要包含以下步骤：步骤1、点云数据预处理，将点云数据进行两种不同大小的体素划分，并得到每个体素的几何特征参数；步骤2、大尺度区域生长，将步骤1划分出的大体素作为生长单元参与到第一次区域生长中，通过区域生长计算提取出目标岩体结构面的主体部分，形成平面提取的框架；步骤3、小尺度区域生长，以步骤1划分的小体素作为生长单元，计算结束后将输出岩体平面提取的最终结果。2.根据权利要求1所述的一种基于区域生长的岩体点云平面提取方法，其特征在于：所述步骤1进一步包括以下步骤：步骤1.1、将包含数据点少于n个的体素进行删除；步骤1.2、对于非稀疏体素，对体素中的点集构造矩阵C，具体而言，其中(mx,my,mz)是质心，Xi＝xi-mx，Yi＝yi-my，Zi＝zi-mz；计算出该矩阵的特征值λi与对应的特征向量将求出的特征值进行排序，得到λ1≤λ2≤λ3；步骤1.3、由以下准则对当前体素V内点集的几何特性进行判断：(1)如果V中采样点数量小于n，则体素V属于稀疏体素；(2)如果两特征值比值满足λ1≤βλ2，则体素V具有平面特性；(3)其余情况，体素V属于非平面体素；步骤1.4、对符合平面特性的体素，将中心点及法向量作为该体素的特征参数代替体素内的数据点；对不符合平面特性要求的体素，继续向下进行第二次划分，划分为8块小体素，对每个小体素重复步骤1.1至步骤1.3。3.根据权利要求1所述的一种基于区域生长的岩体点云平面提取方法，其特征在于：所述步骤2进一步包含以下步骤：步骤2.1、将步骤1得到的所有大体素初始化为未标记状态，从中随机选取一个作为初始平面区...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心怡，肖俊，刘鲁鹏，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11