[發明專利]一種基于原始激光點云的遞進式建筑物提取方法

有效

• 申請號: 202010108337.X
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111354083B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 王沖;趙飛;吳小東;聞平;王瑩;欒有昆;吳弦駿;謝飛;廖麗敏;付航
• 申請（專利權）人: 中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T3/00;G06V10/75
• 代理公司: 昆明盛鼎宏圖知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53203
• 代理人: 許競雄

1.一種基于原始激光點云的遞進式建筑物提取方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：對原始激光點云采用漸進數學形態學濾波，分離非地面點；

步驟2：采用改進的3D-Hough轉換算法檢測非地面點中的平面，并以該平面提取建筑物點云，并將其投影至二維平面；

所述步驟2中采用改進的3D-Hough轉換算法提取建筑物點云的具體方法是：

21)將三維笛卡爾坐標系OXYZ中的一個平面由該平面的法向量n在xoy平面上的投影與x軸正向的夾角θ，n和xoy平面的夾角Φ，原點至平面的距離ρ來唯一地確定一個平面；

22)在三維參數坐標OθΦρ中，將原坐標系中的平面以點的形式表達在該坐標系中；

23)在三維點云中經過一個點P的平面有無數多個，若θ和Φ確定，則ρ確定，此時的(θ,Φ,ρ)在三維坐標空間OθΦρ中組成一個曲面，若存在N個點，則存在N個曲面，處于曲面間相交峰值的(θ, Φ,ρ)即認為是激光類雷達點云中存在的平面；然后對存在的(θ_n, Φ_n,ρ_n)在累加器中進行累加；

24)最終在累加器累加結果中，局部的峰值點即代表點云中存在的平面，根據平面面積閾值判定該平面是否為建筑物平面或是其他非地面物體；

25)將OXYZ空間中的三維點云投影至OXY二維平面中;

步驟3：采用相鄰點方位角閾值法來確定所述建筑物點云的關鍵點；

所述步驟3中采用相鄰點方位角閾值法來確定所述建筑物點云的關鍵點的具體方法是：

31)將相鄰的第一個和第二個邊緣點連接，并計算線段的方位角，預先設定好相鄰點位的垂直距離閾值，以此來確定方位角的變化范圍；

32)若第一個點與第三個點的連線的方位角不在上述變化范圍以內，那么第二個點可視為關鍵點，連接第二個點與第三個點，重復上述步驟判斷第三個點是否為關鍵點；

33)若第一個點與第三個點的連線的方位角在上述變化范圍以內，那么第二個點不是關鍵點，連接第一個點與第三個點，重復上述步驟判斷第三個點是否為關鍵點；

34)重復上述循環直至判斷完所有邊緣點;

步驟4：基于所述建筑物點云的關鍵點，利用RANSAC擬合得到建筑物的初始輪廓線；

步驟5：利用規則化算法對所述建筑物初始輪廓線進行規則化，得到規則化的建筑物輪廓線。

2.根據權利要求1所述的基于原始激光點云的遞進式建筑物提取方法，其特征在于：所述步驟1中對原始激光點云采用逐步調整濾波窗口大小的漸進數學形態學濾波，并在執行逐漸增大的濾波窗口的開操作過程中逐步移除地表地物測量值并替換為結構元中的最小高程。

3.根據權利要求1所述的基于原始激光點云的遞進式建筑物提取方法，其特征在于：所述步驟4中利用RANSAC擬合得到建筑物的初始輪廓線的具體方法是：

41)由得到的關鍵點確定輪廓線的段數及每段的邊緣點；

42)隨機從一段邊緣點的點集中抽出4個不共線樣本數據，計算出變換矩陣H，記為模型M；

43)計算該段邊緣點的點集中所有數據與模型M的誤差的均值，若誤差小于閾值，加入內點集I；

44)如果當前內點集I元素個數大于最優內點集I_best，則更新I_best＝I，同時更新迭代次數k；如果迭代次數大于k,則退出；否則迭代次數加1，并重復上述步驟。

4.根據權利要求1所述的基于原始激光點云的遞進式建筑物提取方法，其特征在于：所述步驟5中利用規則化算法對所述建筑物初始輪廓線進行規則化的具體方法是：

51)首先確定最長的一條建筑物輪廓線，以此作為起始正方向，并將其編號為1；

52)按順時針將剩下的輪廓線進行編號，編號為奇數的劃為正方向，而編號為偶數的則為負方向；

53)分別計算完正負加權平均方向D，D_-；

54)令正負加權平均方向互相垂直；

55)將擬合的輪廓線分別繞其中點旋轉至正確的方向。