一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法技术

本发明专利技术公开了一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，涉及点云数据处理技术领域，提取各组点云的Harris关键点，并计算点特征快速直方图，并根据各点间直方图的相似性找到对应点组，进而计算点云旋转矩阵，完成点云拼接，得到完整的电缆沟道点云数据。然后对电缆沟道点云数据构建最小包围盒，计算每个点邻域微切平面的法向量，识别并提取初始点云的边缘信息，构建基于点云边缘信息和八叉树数据结构结合的点云空间索引方法,再采用体素下采样方法，对不同层级的点云数据进行采样处理，并基于视点与点云模型的距离构建具有多层级、分辨率递次变化的点云金字塔，然后将点云金字塔以固定格式存入硬盘中，并对海量点云进行可视化渲染。并对海量点云进行可视化渲染。并对海量点云进行可视化渲染。

【技术实现步骤摘要】
一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法


[0001]本专利技术涉及点云数据处理
，特别涉及一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着三维测量技术的快速发展，能够对被测物体进行实景复现的三维激光扫描技术因其快速性和高精度，在城市测绘、工程测量等领域中得到广泛应用。在变电站建设工程中，电缆沟道的三维点云模型能够真实反映沟道内的内部结构和几何特点，这对于电缆敷设具有重要参考意义，但由于电缆沟道狭长且内部环境偏暗，激光扫描仪无法通过单次扫描获取完整的电缆沟道点云数据。因此想要获得完整的沟道点云数据，需要设置多个扫描点获得多组点云数据，并在预处理过程中通过点云配准算法将各部分点云拼接起来，进而进行可视化渲染操作，最终构建一个完整的电缆沟道点云模型。但是，由拼接得到的电缆沟道点云数据规模较大，往往有着千万或亿数量级的点数，因此海量点云数据若不经过空间管理划分，则难以进行大规模可视化渲染。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，基于改进的3D
‑
Harris算法和点特征快速直方图完成对海量电缆沟道点云数据的拼接处理，确保电缆沟道点云数据的完整性，扩大海量电缆沟道点云数据可视化渲染的规模。
[0004]本专利技术提供了一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，包括以下步骤：
[0005]针对电缆沟道设置若干个扫描点，扫描获取若干组电缆沟道点云数据；
[0006]依此设置每组电缆沟道点云数据中的任意一点为选取点，搜寻选取点的特征空间中最近邻的K个点，形成对应选取点的点云集；
[0007]分析点云集针对对应选取点的点强度变化，根据角点响应强度判断选取点是否为3D
‑
Harris角点，若判断为3D
‑
Harris角点则提取对应的选取点为该组电缆沟道点云数据的3D
‑
Harris关键点；
[0008]获取每组3D
‑
Harris关键点的快速点特征直方图，利用特征相似性进行配准，按照配准结果对若干组电缆沟道点云数据进行点云拼接，获得完整的电缆沟道点云数据。
[0009]进一步地，还包括：
[0010]获取点云边缘信息；
[0011]基于点云边缘信息对完整的电缆沟道点云数据沿点云外轮廓进行空间划分，形成不同层级的电缆沟道点云数据；
[0012]采用体素下采样法对不同层级的电缆沟道点云数据做疏化处理，计算不同层级点云读取渲染阈值，生成点云索引文件，进行电缆沟道点云数据的渲染。
[0013]进一步地，所述获取点云边缘信息的步骤，包括：
[0014]计算电缆沟道点云数据P的形心C(c
x
,c
y
,c
z
)，形心C(c
x
,c
y
,c
z
)的计算公式为：
[0015][0016][0017][0018]式中，n为电缆沟道点云数据P的大小，x
k
、y
k
和z
k
分别为电缆沟道点云数据P中各点x、y和z方向的坐标；
[0019]沿x、y和z方向，对电缆沟道点云数据P中的各点做去均值化处理；
[0020]计算电缆沟道点云数据P的协方差矩阵，获取点云主方向；
[0021]校正点云主方向，使点云主方向与坐标轴方向重合，并求得电缆沟道点云数据P的最小包围盒；
[0022]在电缆沟道点云数据P中任取一点P
i
，应用K近邻搜索算法查找P
i
的k个近邻点，形成用于组成局部曲面的点集X，以最小二乘法拟合点集X的微切平面；
[0023]以点集X在微切平面的投影为参考面，计算P
i
与k个近邻点所对应投影点连线之间的夹角α，当夹角中的最大值α
max
大于设定的角度阈值ε时，则判断当前点为点云边界点，遍历电缆沟道点云数据P中所有点，提取并记录点云边界点集S。
[0024]进一步地，所述基于点云边缘信息对完整的电缆沟道点云数据沿点云外轮廓进行空间划分，形成不同层级的电缆沟道点云数据的步骤，包括：
[0025]根据电缆沟道点云数据P的大小n，计算八叉树的深度参数depth，八叉树的深度参数depth计算公式如下：
[0026][0027]其中N为目标点云包含点的数量，C
p
和L是实验常数，C
p
设置为1000000，L设置为4；
[0028]对电缆沟道点云数据P的最小包围盒沿X、Y、Z轴均匀划分成八个子级包围盒，记录当前所有子级包围盒的空间信息，并以子级包围盒作为子级节点，将涵盖范围内的点云划分入对应的子级包围盒中；
[0029]将点云边界点集S分别向XOY平面、XOZ平面、YOZ平面投影，把边界点S
i
在不同平面对应的投影点设为S
i
'，在各子级包围盒中找到对应投影点在X、Y、Z方向上的最大值和最小值，得到点云边界点在三个主方向上的范围域由以上三个范围域重组该子级最小包围盒；
[0030]将子级最小包围盒作为父节点，生成下一层新子级节点及子级包围盒，迭代根据点云边界信息重组子级最小包围盒，直至完成构建八叉树的深度层数depth，完成沿点云外轮廓的空间划分。
[0031]进一步地，所述采用体素下采样法对不同层级的电缆沟道点云数据做疏化处理，
计算不同层级点云读取渲染阈值，生成点云索引文件，进行电缆沟道点云数据的渲染的步骤，包括：
[0032]根据电缆沟道点云数据P的平均间距确定最大维度D，计算公式如下：
[0033][0034]计算各级点云体素下采样所需的体素网格尺度scale，计算公式如下：
[0035][0036]式中，n为当前所处点云级别，n＝2,3,4,...,depth，根节点对应的n值为depth，其子节点的n值为depth
‑
1，以此类推，最低级点云无需采样；
[0037]以点云层级号为文件名创建文件夹，每级文件夹对应存储各级点云的瓦片文件；
[0038]每级点云以所划分的体素网格为单位生成相应的pnts格式点云瓦片文件，点云瓦片文件以当前体素编号命名；
[0039]在每级点云文件夹中建立名为”transform.txt”的文本文件，存储各体素相对点云中心的变换矩阵；
[0040]计算各级点云渲染读取阈值δ，生成点云索引文件，所述点云索引文件包括：各层级点云文件夹路径和各级点云渲染读取阈值。
[0041]进一步地，所述计算各级点云渲染读取阈值δ的计算公式为：
[0042][0043]其中，dis为视角到点云的距离，单位m；height为当前视角窗口的像素大小。
[0044]进一步地，所述分析点云集针对对应选取点的点强度变化，根据角点响应强度判断本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：针对电缆沟道设置若干个扫描点，扫描获取若干组电缆沟道点云数据；依此设置每组电缆沟道点云数据中的任意一点为选取点，搜寻选取点的特征空间中最近邻的K个点，形成对应选取点的点云集；分析点云集针对对应选取点的点强度变化，根据角点响应强度判断选取点是否为3D
‑
Harris角点，若判断为3D
‑
Harris角点则提取对应的选取点为该组电缆沟道点云数据的3D
‑
Harris关键点；获取每组3D
‑
Harris关键点的快速点特征直方图，利用特征相似性进行配准，按照配准结果对若干组电缆沟道点云数据进行点云拼接，获得完整的电缆沟道点云数据。2.如权利要求1所述的一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，其特征在于，还包括：获取点云边缘信息；基于点云边缘信息对完整的电缆沟道点云数据沿点云外轮廓进行空间划分，形成不同层级的电缆沟道点云数据；采用体素下采样法对不同层级的电缆沟道点云数据做疏化处理，计算不同层级点云读取渲染阈值，生成点云索引文件，进行电缆沟道点云数据的渲染。3.如权利要求2所述的一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，其特征在于，所述获取点云边缘信息的步骤，包括：计算电缆沟道点云数据P的形心C(c
x
,c
y
,c
z
)，形心C(c
x
,c
y
,c
z
)的计算公式为：)的计算公式为：)的计算公式为：式中，n为电缆沟道点云数据P的大小，x
k
、y
k
和z
k
分别为电缆沟道点云数据P中各点x、y和z方向的坐标；沿x、y和z方向，对电缆沟道点云数据P中的各点做去均值化处理；计算电缆沟道点云数据P的协方差矩阵，获取点云主方向；校正点云主方向，使点云主方向与坐标轴方向重合，并求得电缆沟道点云数据P的最小包围盒；在电缆沟道点云数据P中任取一点P
i
，应用K近邻搜索算法查找P
i
的k个近邻点，形成用于组成局部曲面的点集X，以最小二乘法拟合点集X的微切平面；以点集X在微切平面的投影为参考面，计算P
i
与k个近邻点所对应投影点连线之间的夹角α，当夹角中的最大值α
max
大于设定的角度阈值ε时，则判断当前点为点云边界点，遍历电缆沟道点云数据P中所有点，提取并记录点云边界点集S。4.如权利要求3所述的一种电缆沟道点云数据的数据拼接方法，其特征在于，所述基于
点云边缘信息对完整的电缆沟道点云数据沿点云外轮廓进行空间划分，形成不同层级的电缆沟道点云数据的步骤，包括：根据电缆沟道点云数据P的大小n，计算八叉树的深度参数depth，八叉树的深度参数depth计算公式如下：其中N为目标点云包含点的数量，C
p
和L是实验常数，C
p
设置为1000000，L设置为4；对电缆沟道点云数据P的最小包围盒沿X、Y、Z轴均匀划分成八个子级包围盒，记录当前所有子级包围盒的空间信息，并以子级包围盒作为子级节点，将涵盖范围内的点云划分入对应的子级包围盒中；将点云边界点集S分别向XOY平面、XOZ平面、YOZ平面投影，把边界点S
i
在不同平面对应的投影点设为S
i
'，在各子级包围盒...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲宇，刘勇，杜长青，白钒，黄磊，袁星，张羽兵，严金鑫，周振廉，韩天博，钟锦航，晏露阳，倪晨晨，
申请(专利权)人：国网江苏省电力工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：