一種基于圖論的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面提取方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于圖論的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面提取方法，該方法首先構(gòu)建一個(gè)圖，圖中的每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)三維點(diǎn)云中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖上的邊通過(guò)k近鄰算法計(jì)算得到；同時(shí)使用權(quán)重局部平面擬合方法計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的平面法向量；然后，計(jì)算圖中每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，即每條邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)的法向量差值，并為圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)賦一個(gè)初始閾值；接著，對(duì)圖上的每一條邊，如果該法向量差值不大于兩個(gè)區(qū)域閾值中的任意一個(gè)，合并兩個(gè)區(qū)域，并且新區(qū)域的閾值等于法向量差值加上初始閾值除以新區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；最后，對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明專利技術(shù)具有平面提取精度高、抗噪聲干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理方法，尤其是涉及。
技術(shù)介紹
語(yǔ)義地圖是移動(dòng)機(jī)器人理解環(huán)境的一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)，同時(shí)室內(nèi)環(huán)境通常包含很多平面，所以，平面提取或平面分割是構(gòu)建語(yǔ)義地圖、理解環(huán)境的先決條件。通常來(lái)說(shuō)，平面提取是從一組三維點(diǎn)集中檢測(cè)平面的問題。目前，平面提取的常用方法是基于平面數(shù)學(xué)模型的方法，如隨機(jī)采樣一致性(RANdom SAmple Consensus,RANSAC)方法和哈夫變換方法(HoughTransform Method)，這些方法能夠從三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取到符合平面數(shù)學(xué)模型的平面，但是無(wú)法確定該平面是否確實(shí)存在于實(shí)際的場(chǎng)景中。除此以外，還有區(qū)域增長(zhǎng)方法(RegionGrowing Method)、數(shù)據(jù)聚類方法等,這些方法不能很好的處理三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的噪聲。 室內(nèi)環(huán)境中的家具，如椅子，桌子等，對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人理解環(huán)境是不可或缺的，而這些物體往往包含著不容易被檢測(cè)到的面積較小的平面。在檢測(cè)場(chǎng)景中的較大平面時(shí)，如墻壁、天花板等，這些局部小平面經(jīng)常被忽略。所以為了更好地理解環(huán)境，需要提取到局部小平面。同時(shí)，由于攝像機(jī)的內(nèi)在物理局限性和數(shù)據(jù)獲取過(guò)程中不可避免的噪聲，三維點(diǎn)云中通常含有噪聲、外點(diǎn)和空洞，由于數(shù)據(jù)中噪聲的存在和具有平面模型方法的局限性，使得較小平面和高精度平面提取具有一定的挑戰(zhàn)性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供，該方法利用圖(Graph)表示三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)及其之間的關(guān)系，根據(jù)圖上的邊合并相鄰的區(qū)域，能夠?qū)⑷S點(diǎn)云中的所有平面提取出來(lái)，包括面積較小的平面；同時(shí)提取到的平面具有很高的精度。本專利技術(shù)的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，該方法包括I)構(gòu)建一個(gè)無(wú)向圖G= (V,E),其中V表示圖中的頂點(diǎn),每一個(gè)頂點(diǎn)代表三維點(diǎn)云中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，E表示相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的邊，通過(guò)k近鄰算法計(jì)算得到；2)采用權(quán)重局部平面擬合方法計(jì)算三維點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)即圖中每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向量;3)計(jì)算圖中每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，即每條邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)的法向量差值，并且將所有的邊按權(quán)重值升序排列；同時(shí)，為圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)賦一個(gè)初始閾值；4)對(duì)圖上的每一條邊，如果相應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)不在同一個(gè)區(qū)域，那么計(jì)算兩個(gè)區(qū)域的法向量差值，如果該法向量差值不大于兩個(gè)區(qū)域閾值中的任意一個(gè)，合并兩個(gè)區(qū)域，并且新區(qū)域的閾值等于法向量差值加上初始閾值除以新區(qū)域的大小；5)對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平面。所述的步驟2)具體為設(shè)一組點(diǎn)云數(shù)據(jù)P= {p1； P2,…，P1J含有η個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)Pi = (pix，piy，piz)T的k鄰域?yàn)镼i = {qn，qi2…，qik}，用Ti表示點(diǎn)Pi的切面，則有權(quán)利要求1.，其特征在于，該方法包括 1)構(gòu)建一個(gè)無(wú)向圖G=(V. E)，其中V表示圖中的頂點(diǎn)，每一個(gè)頂點(diǎn)代表三維點(diǎn)云中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，E表示相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的邊，通過(guò)k近鄰算法計(jì)算得到； 2)采用權(quán)重局部平面擬合方法計(jì)算三維點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)即圖中每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向量; 3)計(jì)算圖中每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，即每條邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)的法向量差值，并且將所有的邊按權(quán)重值升序排列；同時(shí)，為圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)賦一個(gè)初始閾值； 4)對(duì)圖上的每一條邊，如果相應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)不在同一個(gè)區(qū)域，那么計(jì)算兩個(gè)區(qū)域的法向量差值，如果該法向量差值不大于兩個(gè)區(qū)域閾值中的任意一個(gè)，合并兩個(gè)區(qū)域，并且新區(qū)域的閾值等于法向量差值加上初始閾值除以新區(qū)域的大小； 5)對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平面。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的，其特征在于，所述的步驟2)具體為 設(shè)一組點(diǎn)云數(shù)據(jù)P = {Pι,P2^…，PrJ含有η個(gè)點(diǎn),每個(gè)Api = (pix,piy,piz)T的k鄰域?yàn)镼i = {qn，qi2，…，qik}，用Ti表示點(diǎn)P1的切面,則有3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的，其特征在于，所述的步驟3)中計(jì)算每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值的公式為 W (Vi, Vj) = a (I-Ini · η」|) 其中，w((Vi, Vj))為無(wú)向圖G = (V, Ε)中的每條邊(Vi, Vj)對(duì)應(yīng)的權(quán)值，Vi和Vj為該邊的兩個(gè)頂點(diǎn)，該權(quán)值表示兩個(gè)頂點(diǎn)的相似度分別為頂點(diǎn)Vi、\的法向量，α為放大系數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的，其特征在于，所述的步驟4)具體為 將每條邊上的兩個(gè)頂點(diǎn)V,、Vj分別作為兩個(gè)區(qū)域S,、Sp且兩個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的法向量分別為々=AA =V若存在w(Si, Sj) ^ T(Si, Sj),則將這兩個(gè)區(qū)域合并為同一個(gè)區(qū)域，其中，w(Si； Sj)兩個(gè)相鄰區(qū)域Si和Sj的法向量差值，全文摘要本專利技術(shù)涉及，該方法首先構(gòu)建一個(gè)圖，圖中的每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)三維點(diǎn)云中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，圖上的邊通過(guò)k近鄰算法計(jì)算得到；同時(shí)使用權(quán)重局部平面擬合方法計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的平面法向量；然后，計(jì)算圖中每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，即每條邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)的法向量差值，并為圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)賦一個(gè)初始閾值；接著，對(duì)圖上的每一條邊，如果該法向量差值不大于兩個(gè)區(qū)域閾值中的任意一個(gè)，合并兩個(gè)區(qū)域，并且新區(qū)域的閾值等于法向量差值加上初始閾值除以新區(qū)域的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；最后，對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有平面提取精度高、抗噪聲干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)G06T7/00GK102945551SQ20121039388公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日專利技術(shù)者王廷旗, 陳啟軍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于圖論的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)平面提取方法，其特征在于，該方法包括：1)構(gòu)建一個(gè)無(wú)向圖G＝(V.E)，其中V表示圖中的頂點(diǎn)，每一個(gè)頂點(diǎn)代表三維點(diǎn)云中的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，E表示相鄰兩個(gè)點(diǎn)之間的邊，通過(guò)k近鄰算法計(jì)算得到；2)采用權(quán)重局部平面擬合方法計(jì)算三維點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)即圖中每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的法向量；3)計(jì)算圖中每條邊對(duì)應(yīng)的權(quán)重值，即每條邊對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)的法向量差值，并且將所有的邊按權(quán)重值升序排列；同時(shí)，為圖中的每一個(gè)頂點(diǎn)賦一個(gè)初始閾值；4)對(duì)圖上的每一條邊，如果相應(yīng)的兩個(gè)頂點(diǎn)不在同一個(gè)區(qū)域，那么計(jì)算兩個(gè)區(qū)域的法向量差值，如果該法向量差值不大于兩個(gè)區(qū)域閾值中的任意一個(gè)，合并兩個(gè)區(qū)域，并且新區(qū)域的閾值等于法向量差值加上初始閾值除以新區(qū)域的大小；5)對(duì)于每一個(gè)區(qū)域，如果數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于設(shè)定的閾值，則認(rèn)為該區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)平面。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王廷旗，陳啟軍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：同濟(jì)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：