一种基于点云数据的室内空间布局提取方法技术

本发明专利技术提出了一种基于点云数据的室内空间布局提取方法。本发明专利技术输入三维点云、计算三维点云的主方向，并将三维点云旋转至主方向得到旋转后三维点云；根据旋转后三维点云计算室内场景的三维空间内外分布图；分割属于内部的体素集得到房间的布局；对标记为不同房间的各体素子集进行聚类得到楼层的分布。本发明专利技术能够处理不同来源的三维点云数据，对于多楼层、倾斜屋顶等复杂室内场景的数据同样有效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于点云数据的室内空间布局提取方法
本专利技术涉及三维点云数据处理领域，尤其涉及一种利用室内场景获取的点云自动提取室内空间布局的方法。
技术介绍
建立室内环境的数字化描述对建造施工、室内应急以及机器人应用领域具有重要作用。一方面建筑信息模型(BuildingInformationModeling，BIM)被越来越多的设计建造商所采用，但是随着时代快速发展，室内装饰也呈现快速更迭的趋势，缺乏具有现势性的BIM数据；另一方面，大量已经存在的建筑缺乏BIM。因此，建筑的运营管理维护方越来越需要具有现势性的BIM。很多技术可用来获取室内环境的三维数据，例如激光扫描、深度相机、多传感器集成等技术，这些技术获取的数据形式中，点云是一种非常典型的数据，且越来越受到建造施工以及室内机器人领域的重视。当前大多数利用点云数据自动建立室内三维模型的方法存在诸多限制条件：单一房间、单一楼层、屋顶水平、墙面互相垂直等。在多楼层多房间的室内场景中，经过楼层和房间分割处理后的点云数据可以显著降低建模难度、并极大的减少后续自动建模的计算量。室内机器人领域多采用二维栅格图来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云数据的室内空间布局提取方法，其特征在于，/n包括以下步骤：/n步骤1：输入三维点云、计算三维点云的主方向，并将三维点云旋转至主方向得到旋转后三维点云：/n步骤2：根据旋转后三维点云计算室内场景的三维空间内外分布图；/n步骤3：分割属于内部的体素集得到房间的布局；/n步骤4：对标记为不同房间的各体素子集进行聚类得到楼层的分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于点云数据的室内空间布局提取方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1：输入三维点云、计算三维点云的主方向，并将三维点云旋转至主方向得到旋转后三维点云：
步骤2：根据旋转后三维点云计算室内场景的三维空间内外分布图；
步骤3：分割属于内部的体素集得到房间的布局；
步骤4：对标记为不同房间的各体素子集进行聚类得到楼层的分布。


2.根据权利要求1所述的基于点云数据的室内空间布局提取方法，其特征在于，
步骤1所述三维点云的定义为：
datak(xk,yk,zk)，k∈[1,K]
其中，K为三维点云中点的数量，datak(xk,yk,zk)为三维点云中第k个点，(xk,yk,zk)为三维点云中第k个点的空间坐标；
步骤1所述计算三维点云的主方向，具体为：
步骤1.1：所述输入的三维点云的Z轴方向朝上，且与室内场景的上方向一致，计算三维点云中每个点的法向以及XY水平面的夹角；
所述三维点云的法向为：
(nxk，nyk，nzk)，k∈[1,K]
其中，(nxk，nyk，nzk)为三维点云中第k个点的法向；
所述三维点云中每个点的的夹角为：XY_θk，k∈[1,K]
其中，XY_θk为三维点云中第k个点的XY水平面的夹角；
步骤1.2：XY水平面的夹角由0至180度均匀划分为多个XY水平面的夹角区域，在每个XY水平面的夹角区域范围内，结合所述三维点云中每个点的夹角，统计每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的数量、每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点、每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的法向；
所述每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的数量为：
(NUM1，NUM2，...，NUMn)
所述每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点为：



其中，K为三维点云中点的数量，为第i个XY水平面的夹角区域内第j个点，对应三维点云中第ij个点，N为XY水平面的夹角区域的数量，NUMi为第i个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的数量；
所述每个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的法向为：



其中，为第i个XY水平面的夹角区域内第j个点的法向；
步骤1.4：在多个水平面的夹角区域搜索三维点云中点的数量最大的水平面的夹角区域，将三维点云中点的数量最大的水平面的夹角区域定义为最大点数的水平面的夹角区域，计算最大点数的水平面的夹角区域的平均平面法向角度，将最大点数的水平面的夹角区域的平均平面法向角度对应的法向方向作为X轴方向，在距离平均平面法向角度平均平面法向角度一定角度范围内水平面的夹角区域进一步搜索三维点云中点的数量最大的水平面的夹角区域，并定义为最大点数的水平面的夹角子区域，计算最大点数的水平面的夹角子区域的平均平面法向角度，将最大点数的水平面的夹角子区域的平均平面法向角度对应的法向方向作为Y轴方向；
所述最大点数的水平面的夹角区域为：datammmm∈[1,N]；
所述最大点数的水平面的夹角区域的平均平面法向为：



其中，NUMmm为第mm个XY水平面的夹角区域内三维点云中点的数量，为第mm个XY水平面的夹角区域内第j个点的法向水平分量；
将θmm对应的法向方向作为X轴方向；
所述距离平均平面法向角度平均平面法向角度一定角度范围内水平面的夹角区域为：



其中，为所述一定角度范围；
在内，搜索三...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾明耀，赵鹏程，李加元，胡庆武，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42