基于点云数据的表面网格重建方法、系统及相关设备技术方案

本发明专利技术涉及三维表面重建技术领域，具体涉及一种基于点云数据的表面网格重建方法、系统及相关设备，目的在于提高重建精度。本发明专利技术的重建方法包括：将点云数据的坐标信息投影到z轴，计算z坐标概率密度函数，进而计算出z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；对每个局部极值点，经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面；根据预设的分割层数在局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面；将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上，进而计算该横截面的边界点；根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线，并进行重采样；连接所有相邻横截面上的重采样边界点，得到重建后的表面网格。本发明专利技术提高了点云数据表面重建的精度。

Surface mesh reconstruction method, system and related equipment based on point cloud data

The invention relates to the technical field of three-dimensional surface reconstruction, in particular to a surface mesh reconstruction method, system and related equipment based on point cloud data, aiming at improving the reconstruction accuracy. The reconstruction method of the present invention includes: projecting coordinate information of point cloud data to Z axis, calculating probability density function of Z coordinate, and then calculating curvature local extremum point of probability density function of Z coordinate; drawing a plane as a cross section for each local extremum point through the point and perpendicular to Z axis; dividing the local extremum points according to the preset number of segmentation layers, and obtaining the local extremum points. Several cross-sections perpendicular to the z-axis are projected to each cross-section within a certain distance, and then the boundary points of the cross-section are calculated. According to the calculated boundary points, the boundary curves of the corresponding cross-section are fitted and re-sampled. The reconstructed surface meshes are obtained by connecting the resampled boundary points on all the adjacent cross-sections. The invention improves the accuracy of point cloud data surface reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
基于点云数据的表面网格重建方法、系统及相关设备
本专利技术涉及三维表面重建
，具体涉及一种基于点云数据的表面网格重建方法、系统及相关设备。
技术介绍
利用表面网格重建方法，可以快速且准确地重构出实物模型，从而广泛应用于临床医学、数字娱乐、工业、农业等众多领域。基于切片法的三维离散点云表面重建算法可以从点云数据中快速获取二维截面的轮廓数据，从而完成三维表面重建，与传统方法相比具有速度快、重建效果好等优势。但是，现有技术中采用固定厚度的切片来拟合点云数据或者对每个切片进行简单的拟合，求出轮廓面，可能会缺失部分被测物体的特征，无法实现精确的三维表面重建。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种基于点云数据的表面网格重建方法、系统及相关设备，提高了点云数据表面重建的精度。本专利技术的一方面，提出一种基于点云数据的表面网格重建方法，所述方法包括：以点云数据的三维坐标数据为初始值，将所述点云数据的坐标信息投影到z轴，计算z坐标概率密度函数；根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；对每个所述局部极值点，经过该点并垂直于z轴画出一个平面作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云数据的表面网格重建方法，其特征在于，所述方法包括：以点云数据的三维坐标数据为初始值，将所述点云数据的坐标信息投影到z轴，计算z坐标概率密度函数；根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；对每个所述局部极值点，经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面；根据预设的分割层数，在所述局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面；将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上，进而计算该横截面的边界点；根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线，并根据拟合的边界曲线进行重新采样，得到重采样边界点；对所有相邻横截面上的所述重采样边界点进行...

【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据的表面网格重建方法，其特征在于，所述方法包括：以点云数据的三维坐标数据为初始值，将所述点云数据的坐标信息投影到z轴，计算z坐标概率密度函数；根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点；对每个所述局部极值点，经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面；根据预设的分割层数，在所述局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面；将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上，进而计算该横截面的边界点；根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线，并根据拟合的边界曲线进行重新采样，得到重采样边界点；对所有相邻横截面上的所述重采样边界点进行连接，从而得到重建后的表面网格。2.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法，其特征在于，“根据所述z坐标概率密度函数，计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点”的步骤包括：按照下式对概率密度进行修正：p'＝corrp*p其中，max(z)表示z轴投影的最大值，min(z)表示z轴投影的最小值，max(p)表示概率密度p的最大值；按照下式计算z轴投影上离散点的曲率：其中，△fk(t)＝f(t+k△t)-f(t+(k-1)△t)c(t)为计算出的曲率值，f(t)为函数，k＝1,2,3，△t为函数f(t)的参数t的单位步长，符号“×”表示叉积，符号“·”表示点乘，符号“||||”表示模长；在z轴投影上的离散点中选取所述曲率值大于曲率阈值的点作为待定极值点；在相邻的所述待定极值点中选择曲率值最大的点，得到局部极值点。3.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法，其特征在于，“根据预设的分割层数，在所述局部极值点之间进行分割，得到多个垂直于z轴的横截面”的步骤包括：按照下式计算每对相邻的所述局部极值点之间的分割步长：在每对相邻的所述局部极值点之间，根据对应的所述分割步长进行等间距分割，从而得到多个垂直于z轴的横截面；其中，LEzi和LEzi+1分别为第i个和第i+1个局部极值点的高度，且第i个和第i+1个局部极值点为两个相邻的局部极值点，i＝1,2,…,m，m为所述局部极值点的个数；△z为点云高度，L为所述预设的分割层数。4.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法，其特征在于，“将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上，进而计算该横截面的边界点”的步骤包括：按照下式计算所述点云数据的点间平均距离：其中，ρ为点云在高度方向上的密度，N为所述点云数据中点的个数，S为点云在大地坐标水平方向上的投影面积；△z为点云高度；将每个横截面上、下特定距离范围内的点投影到...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红军，慕生鹏，李世林，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11