一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统。该方法包括：开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法；开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征；基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果。本发明专利技术实施例通过面向自动化类别识别需求，开发自动化斗栱多级分类类别及其骨架特征，结合点云数据特征，开发斗栱骨架生成方法，基于点云数据生成斗栱的骨架线，以斗栱骨架为基础，以类别特征为目标，开发斗栱自动化类别特征逐级识别方法，高效而可靠地进行斗栱类别识别，为古木建筑遗产保护提供重要参考。

A method and system for automatic classification of Dougong in ancient wooden buildings

【技术实现步骤摘要】
一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统
本专利技术涉及古建筑识别
，尤其涉及一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统。
技术介绍
古木建筑是重要的一类不可移动文物，高效留存全生命周期信息并数字化是其可持续保护的核心基础。斗栱是古木建筑中的关键构件，其品类繁多，外观多样。精细测绘可留取高精度信息，但如何基于高精度数据自动、高效识别其种类是该类建筑遗产数字化保护所面临的首要难题。现有的对古木建筑斗栱进行分类识别，大体分为以下两种方案：方案一：参考建筑遗产历史知识对斗栱类别进行判定。如图1所示，通过对建筑遗产历史知识的梳理，利用传统的遗产信息留存技术对斗栱进行信息留取，然后人工对其特征进行提取和识别，与法式规则中的特征进行比对，完成对斗栱类别的识别。方案二：对斗栱点云数据分析、提取特征实现类别识别。如图2所示，通过对获取的三维激光点云斗栱数据进行半自动的人工辅助特征识别，提取其中的特征属性和形状信息，与法式中类别的特征信息进行比对，完成对斗栱类别的识别。上述两种方案存在如下缺陷：方案一：(1)对建筑遗产知识的梳理需要相关专业人士辅助；(2)传统的建筑遗产信息留取手段获取信息较为不便，且操作繁杂；(3)需要留取哪些信息这一判断需要具有相应的经验，减少返工的可能。
技术介绍
二存在的不足：(1)三维激光点云数据体量庞大，对计算设备的要求较高；(2)点云数据中普遍存在冗余信息，会增加处理的难度和花费的时间；(3)点云数据对斗栱的整体结构特征的表达较为隐晦，增加类别判定的难度；(4)对斗栱的法式特征整理需要相关专业人士辅助进行。因此，需要提出一种针对古木建筑斗栱进行高效而准确分类的方法。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统，用以解决现有技术中存在的问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法，包括：开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法；开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征；基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果。进一步地，所述开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法，具体包括：对所述待识别斗栱的点云数据进行三维坐标系三方向切片，得到点云切片数据；基于区域生长算法，对所述点云切片数据进行分割，记录为若干子点云；计算所述若干子点云的骨架节点，将所述骨架节点添加进所述点云数据，采用单源最短路径算法对添加所述骨架节点的所述点云数据进行计算，得到斗栱骨架线。进一步地，所述开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征，具体包括：根据斗栱的承担功能和空间位置关系，基于预设类别命名规则，得到所述斗栱多级分类类别；基于斗栱骨架线和所述斗栱多级分类类别，得到所述骨架识别特征。进一步地，所述基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果，具体包括：采用斗栱一级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行一级类别识别，得到一级类别识别结果；采用斗栱二级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行二级类别识别，得到二级类别识别结果；采用斗栱三级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行三级类别识别，得到三级类别识别结果。进一步地，所述采用斗栱一级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行一级类别识别，得到一级类别识别结果，具体包括：采用平面对称性检测方法，分别检测所述待识别斗栱三个投影面的二维骨架点云的对称性，若判断获知所述对称性符合转角铺作特征，则判定输入点云一级分类类别为转角铺作；进一步对非转角铺作类，采用柱形检测方法，对所述待识别斗栱进行圆柱形特征检测，若检测到圆柱形点云块符合柱头铺作识别特征，则判定所述输入点云一级分类类别为柱头铺作，否则为补间铺作。进一步地，所述采用斗栱二级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行二级类别识别，得到二级类别识别结果，具体包括：针对一级类别为补间铺作类别的，采用交叉特征角度识别方法，提取补间铺作类别的二维骨架点云中的交叉特征，计算所述交叉特征的特征角度值，将所述特征角度值与法式规定值进行比对，判定输入点云二级分类类别所属的类别；针对一级类别为转角或柱头铺作类别的，采用圆形特征检测方法，通过识别多片切片点云中是否存在圆形特征，识别所述多片切片点云是否存在叉柱造构件，判定所述输入点云二级分类类别是否属于叉柱造类铺作。进一步地，所述采用斗栱三级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行三级类别识别，得到三级类别识别结果，具体包括：针对二级类别为非叉柱造类铺作及十字形补间铺作类别的，采用斜昂类识别方法，通过识别十字形补间辅作及非叉柱造类铺作存在斜昂构件的可能性，判定输入点云三级分类类别是否属于含斜昂类辅作。第二方面，本专利技术实施例提供一种古木建筑斗栱自动化类别识别系统，包括：生成模块，用于开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法；分类模块，用于开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征；识别模块，用于基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述古木建筑斗栱自动化类别识别方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现任一项所述古木建筑斗栱自动化类别识别方法的步骤。本专利技术实施例提供的古木建筑斗栱自动化类别识别方法及系统，通过面向自动化类别识别需求，开发自动化斗栱多级分类类别及其骨架特征，结合点云数据特征，开发斗栱骨架生成方法，基于点云数据生成斗栱的骨架线，以斗栱骨架为基础，以类别特征为目标，开发斗栱自动化类别特征逐级识别方法，高效而可靠地进行斗栱类别识别，为古木建筑遗产保护提供重要参考。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中提供的方案一的技术流程图；图2为现有技术中提供的方案二的技术流程图；图3为本专利技术实施例提供的一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的总体技术流程图；图5为本专利技术实施例提供的自动化斗栱类别识别的技术流程图；图6为本专利技术实施例提供的案例一的骨架线实验结果图；图7为本专利技术实施例提供的案例二的骨架线实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，包括：/n开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法；/n开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征；/n基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，包括：
开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法；
开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征；
基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果。


2.根据权利要求1所述的古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，所述开发基于点云数据的斗栱骨架生成方法，具体包括：
对所述待识别斗栱的点云数据进行三维坐标系三方向切片，得到点云切片数据；
基于区域生长算法，对所述点云切片数据进行分割，记录为若干子点云；
计算所述若干子点云的骨架节点，将所述骨架节点添加进所述点云数据，采用单源最短路径算法对添加所述骨架节点的所述点云数据进行计算，得到斗栱骨架线。


3.根据权利要求1所述的古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，所述开发面向自动化的斗栱多级分类类别，以及骨架识别特征，具体包括：
根据斗栱的承担功能和空间位置关系，基于预设类别命名规则，得到所述斗栱多级分类类别；
基于斗栱骨架线和所述斗栱多级分类类别，得到所述骨架识别特征。


4.根据权利要求1所述的古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，所述基于所述斗栱骨架生成方法和所述斗栱多级分类类别，开发自动化斗栱逐级特征识别方法，得到待识别斗栱的类别识别结果，具体包括：
采用斗栱一级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行一级类别识别，得到一级类别识别结果；
采用斗栱二级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行二级类别识别，得到二级类别识别结果；
采用斗栱三级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行三级类别识别，得到三级类别识别结果。


5.根据权利要求4所述的古木建筑斗栱自动化类别识别方法，其特征在于，所述采用斗栱一级类别识别方法，对所述待识别斗栱进行一级类别识别，得到一级类别识别结果，具体包括：
采用平面对称性检测方法，分别检测所述待识别斗栱三个投影面的二维骨架点云的对称性，若判断获知所述对称性符合转角铺作特征，则判定输入点云一级分类类别为转角铺作；
进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：解琳琳，李爱群，侯妙乐，刘浩宇，蒋永慧，曾德民，杨参天，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11