一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地理信息與三維建模領(lǐng)域，特別涉及一種通過將采集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值設(shè)置進(jìn)而高效準(zhǔn)確的進(jìn)行地物自動(dòng)分類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行地物關(guān)鍵點(diǎn)提取的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近幾年，虛擬現(xiàn)實(shí)(簡(jiǎn)稱VR)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、軍事、建筑、規(guī)劃等領(lǐng)域，通過虛擬現(xiàn)實(shí)的手段可以以三維場(chǎng)景來展現(xiàn)歷史情境和現(xiàn)有環(huán)境。
[0003]傳統(tǒng)的三維場(chǎng)景制作主要通過3Dmax結(jié)合平面圖完成，采用該方法建設(shè)的三維場(chǎng)景模型存在以下缺點(diǎn)和不足:在山地景區(qū)等地形起伏大或復(fù)雜環(huán)境條件下，因缺少詳細(xì)的高程數(shù)據(jù)支持或由于人工調(diào)整工作量大，易導(dǎo)致虛擬場(chǎng)景與實(shí)際偏差大，使最終展現(xiàn)效果難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
[0004]隨著技術(shù)的發(fā)展，三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)以其直觀、高精度的優(yōu)勢(shì)在三維場(chǎng)景建設(shè)中應(yīng)用日益廣泛，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相當(dāng)一部分城市得到了應(yīng)用。然而由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)為海量數(shù)據(jù)，直接利用現(xiàn)有技術(shù)無法將點(diǎn)云數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)源直接對(duì)接，同時(shí)也易受到計(jì)算機(jī)硬件的影響，往往需要投入大量的人力和物力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0005]目前還沒有一種可以將不同采集方式獲得的多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化，進(jìn)而將精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在不損失地物結(jié)構(gòu)信息的情況下最大化的減少數(shù)據(jù)量，最終使建模人員能夠直接點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化三維建模的方法。為此，如何實(shí)現(xiàn)基于海量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的關(guān)鍵點(diǎn)提取成為了本領(lǐng)域科技人員急待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，本發(fā)明可以在點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集時(shí)將不同采集方式獲得的多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化后得到精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。后將精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在不損失地物結(jié)構(gòu)信息的情況下，最大化的減少數(shù)據(jù)量。同時(shí)，建模人員能夠直接利用提取的關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化三維建模?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)這兩種數(shù)據(jù)源的對(duì)接，使直接利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高精細(xì)三維建模成為了可能。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，包括如下步驟:
工程化組織管理:將采集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行工程化組織管理；
數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
濾波分類:按照不同類別的地物特征進(jìn)行地物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分類；
關(guān)鍵點(diǎn)提取:對(duì)濾波分類后的地物點(diǎn)z?Ih息進(jìn)彳丁關(guān)鍵點(diǎn)提取。
[0008]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述該方法還包括格式轉(zhuǎn)換步驟，其中:
格式轉(zhuǎn)換:將提取后的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化轉(zhuǎn)換，形成與建模軟件相兼容的數(shù)據(jù)。
[0009]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述該方法還包括自動(dòng)化建模步驟，其中: 自動(dòng)化建模:利用提取的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型構(gòu)建。
[0010]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述工程化組織管理具體步驟為:將不同采集方式采集到不同精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行區(qū)域劃分并進(jìn)行工程化組織管理。
[0011]—種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理具體步驟為:
I)對(duì)工程化管理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化，具體為利用精度較高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)精度較低的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化；
2)將優(yōu)化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除冗余和無效的點(diǎn)云信息。
[0012]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述濾波分類具體步驟為:
1)對(duì)去噪優(yōu)化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中進(jìn)行地面點(diǎn)分類，得到精準(zhǔn)的地面點(diǎn)云集數(shù)據(jù)；
2)在地面點(diǎn)信息的基礎(chǔ)上對(duì)地物點(diǎn)進(jìn)行分類，得到不同地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)；其中地物點(diǎn)類別基于實(shí)際需求確定，根據(jù)地物空間分布特征采用自適應(yīng)聚類分析方法進(jìn)行分類；
3)將得到的不同地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)。
[0013]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述關(guān)鍵點(diǎn)提取具體步驟為:
1)對(duì)分類后的地物信息逐一進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)提取，其中關(guān)鍵點(diǎn)提取主要基于各類地物形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行；首先基于平立面一致性策略將同一地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)劃分為不同區(qū)域，然后通過區(qū)域增長(zhǎng)策略檢測(cè)三維空間內(nèi)的幾何突變，完成地物邊界點(diǎn)提取，最后將提取到的邊界點(diǎn)分別投影至不同平面進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)幾何形態(tài)基于拓?fù)湫螒B(tài)學(xué)分析方法提取能反映地物邊界特征的點(diǎn)云集作為地物關(guān)鍵點(diǎn)集；
2)采用人工干預(yù)方式對(duì)提取后關(guān)鍵點(diǎn)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證；
3)輸出驗(yàn)證后的地物關(guān)鍵點(diǎn)為特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。
[0014]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述將不同采集方式采集到不同精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行區(qū)域劃分并按照劃分的區(qū)域進(jìn)行工程化組織管理的具體步驟為:
1)通過架設(shè)在不同平臺(tái)上的數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取目標(biāo)區(qū)域內(nèi)地物點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到不同精度、不同密度、不同方位的原始數(shù)據(jù)；
2)以精度較高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為參考，從中提取糾正點(diǎn)，根據(jù)糾正點(diǎn)建立糾正模型；
3)將多幅糾正模型中的共同糾正點(diǎn)進(jìn)行拼接，獲取整體糾正模型。
[0015]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述自動(dòng)化建模包括如下步驟:
1)利用關(guān)鍵點(diǎn)構(gòu)建面片擬合及分割；
2)對(duì)分割后的面片進(jìn)行規(guī)則化處理，輸出體框模型。
[0016]一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述點(diǎn)云數(shù)據(jù)是通過移動(dòng)平臺(tái)、固定式和衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行采集獲得，所述移動(dòng)平臺(tái)可為:車輛、船舶、機(jī)車、移動(dòng)式掃描儀和火車；所述地物信息包括:交通設(shè)施、房屋建筑、橋梁、道路及其附屬設(shè)施與沿線公共設(shè)施。
[0017]由此可見:本發(fā)明實(shí)施例中的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法可以滿足:
1、可以對(duì)地上、地表建構(gòu)筑物進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)將不同采集方式獲得的多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度對(duì)比后得到精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0018]2、通過相應(yīng)的閾值設(shè)置可以高效準(zhǔn)確的進(jìn)行地物自動(dòng)分類。
[0019]3、在不損失地物結(jié)構(gòu)信息的情況下提取地物關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而最大化的減少數(shù)據(jù)量。
[0020]4、提供了一種建模人員能夠直接利用海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化三維建模的方法。基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)這兩種數(shù)據(jù)源的對(duì)接，使直接利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行高精細(xì)三維建模成為了可能。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1提供的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法的流程示意圖；
圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2提供的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法的流程示意圖；
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例3提供的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法的流程示意圖；
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法中數(shù)據(jù)預(yù)處理的流程示意圖；
圖5為本發(fā)明的實(shí)施例提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法中濾波分類的流程示意圖；
圖6為本發(fā)明的實(shí)施例提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法中的關(guān)鍵點(diǎn)提取的流程示意圖；
圖7為本發(fā)明的實(shí)施例提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法中的將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域劃分，并按照區(qū)域進(jìn)行工程化組織管理的流程示意圖；
圖8為本發(fā)明的實(shí)施例提供的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法中自動(dòng)化建模的流程示意圖；
圖9為本發(fā)明的實(shí)施例4提供的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法的流程示意圖。
[0022]
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0024]實(shí)施例1:
圖1為本實(shí)施例提供的基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)自適應(yīng)提取方法的流程示意圖，如圖所示，該方法如下步驟:
工程化組織管理:將采集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行工程化組織管理；
數(shù)據(jù)預(yù)處理:對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，得到精準(zhǔn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
濾波分類:按照不同類別的地物特征進(jìn)行地物點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分類；
關(guān)鍵點(diǎn)提取:對(duì)濾波分類后的地物點(diǎn)z?Ih息進(jìn)彳丁關(guān)鍵點(diǎn)提取。
[0025]具體實(shí)施例中所述工程化組織管理具體步驟為:將不同采集方式采集到不同精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別進(jìn)行區(qū)域劃分并進(jìn)行工程化組織管理。
[0026]如圖4所示的一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理具體步驟為:
I)對(duì)工程化管理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化，具體為利用精度較高的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)精度較低的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精度優(yōu)化；
2 )將優(yōu)化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，去除冗余和無效的點(diǎn)云信息。
[0027]如圖5所示的一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述濾波分類具體步驟為:
1)對(duì)去噪優(yōu)化后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中進(jìn)行地面點(diǎn)分類，得到精準(zhǔn)的地面點(diǎn)云集數(shù)據(jù)；
2)在地面點(diǎn)信息的基礎(chǔ)上對(duì)地物點(diǎn)進(jìn)行分類，得到不同地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)；其中地物點(diǎn)類別基于實(shí)際需求確定，根據(jù)地物空間分布特征采用自適應(yīng)聚類分析方法進(jìn)行分類；
3)將得到的不同地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)。
[0028]如圖6所示的一種基于點(diǎn)云的地物關(guān)鍵點(diǎn)提取方法，所述關(guān)鍵點(diǎn)提取具體步驟為:
I)對(duì)分類后的地物信息逐一進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)提取，其中關(guān)鍵點(diǎn)提取主要基于各類地物形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行；
具體實(shí)施例中:首先基于平立面一致性策略將同一地物點(diǎn)云集數(shù)據(jù)劃分為不同區(qū)域，然后通過區(qū)域增長(zhǎng)策略檢測(cè)三維空間內(nèi)的幾何突變，完成地物邊界點(diǎn)提取，最后將提取到的邊界點(diǎn)分別投影至不同平面進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)幾何形態(tài)基于拓?fù)湫螒B(tài)學(xué)分析方法提取能反映地物邊界特征的點(diǎn)云集作為地物關(guān)鍵點(diǎn)集。
[0029]2)采用人工干預(yù)方式對(duì)提取后關(guān)鍵點(diǎn)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證；
3)輸出(保存)驗(yàn)證后的地物關(guān)鍵點(diǎn)為特征點(diǎn)云數(shù)據(jù)集。