本發(fā)明屬于點云數(shù)據(jù)處理，具體屬于一種點云法向量估計方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著三維掃描技術的不斷發(fā)展，點云數(shù)據(jù)作為三維建模和計算機視覺領域的重要信息載體，在多個領域中得到了廣泛應用，如自動駕駛、機器人導航、建筑物建模等。點云數(shù)據(jù)通過三維掃描儀器或深度相機等設備采集，通常具有高精度、高密度的特點，并能夠有效地描述物體或場景的幾何形狀。

2、然而，在實際應用中，點云數(shù)據(jù)通常具有許多挑戰(zhàn)和問題，尤其是在包含復雜幾何形狀、折疊表面或曲面區(qū)域的點云處理過程中。傳統(tǒng)的點云處理方法大多依賴于局部鄰域分析、法向量估計、曲面重建等技術，但這些方法在折疊、曲面等復雜幾何結構中，點云的法向量估計往往不準確，尤其是在邊界區(qū)域或表面復雜區(qū)域，傳統(tǒng)方法的法向量估計容易受到噪聲和幾何形態(tài)的影響，導致估計結果的穩(wěn)定性和精度降低，且在平面區(qū)域的點云數(shù)據(jù)處理中，往往無法有效鎖定法向量的方向，導致平面區(qū)域的法向量估計出現(xiàn)偏差。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)方法的法向量估計容易受到噪聲和幾何形態(tài)的影響，導致估計結果的穩(wěn)定性和精度降低的問題，本發(fā)明提供了一種點云法向量估計方法及系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、本發(fā)明提出了一種點云法向量估計方法，包括：

4、利用主成分分析法，對含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集中每個點的鄰域進行初步法向量估計，得到初步法向量估計結果；

5、基于初步法向量估計結果，更新點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量；

6、基于預設固定的平面法向量的方向，調整更新后的法向量，以使更新后的法向量的方向與固定的平面法向量的方向一致；

7、對調整后的法向量歸一化處理，以使法向量的到達預設的收斂條件，得到點云法向量估計結果。

8、優(yōu)選地，所述含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集的構成包括：

9、獲取初始二維網(wǎng)格化點云；

10、將初始二維網(wǎng)格化點云劃分為左、右兩個區(qū)域，得到左區(qū)域點云和右區(qū)域點云；

11、對所述右區(qū)域點云進行變換處理，將所述左區(qū)域點云與變換后的右區(qū)域擬合，得到所述含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集。

12、優(yōu)選地，所述右區(qū)域點云進行變換處理包括：

13、對所述右區(qū)域點云進行旋轉、折疊，以使右區(qū)域點云形成一個復雜的幾何形態(tài)。

14、優(yōu)選地，所述利用主成分分析法，對含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集中每個點的鄰域進行初步法向量估計，得到初步法向量估計結果包括：

15、獲取所述含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集中，每個點的鄰域內的點云數(shù)據(jù)，以及所述點云數(shù)據(jù)對應的點云位置數(shù)據(jù)；

16、基于所述點云數(shù)據(jù)以及所述點云位置數(shù)據(jù)計算得到協(xié)方差矩陣；

17、對所述協(xié)方差矩陣進行特征值分解，得到初步法向量估計結果；

18、其中，所述初步法向量估計結果包括特征值，以及所述特征值對應的特征向量。

19、優(yōu)選地，所述基于初步法向量估計結果，更新點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量，包括：

20、基于所述特征值，計算得到鄰域點的曲率；

21、基于所述曲率，計算得到鄰域點的權重；

22、將所述權重進行歸一化處理，得到更新權重；

23、基于所述更新權重更新點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量。

24、優(yōu)選地，所述權重的計算過程為：

25、

26、其中，為權重，為曲率，曲率對權重影響的常數(shù)系數(shù)；

27、所述權重的歸一化處理過程為：

28、

29、其中，為權重，為更新權重，表示點云數(shù)據(jù)集中點的鄰域點集合。

30、優(yōu)選地，基于所述更新權重更新點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量的過程為：

31、

32、其中，為更新權重，表示點云數(shù)據(jù)集中點的鄰域點集合，為鄰域點的法向量，為更新后點云數(shù)據(jù)集中點的法向量。

33、優(yōu)選地，所述對調整后的法向量歸一化處理，以使法向量的到達預設的收斂條件，得到點云法向量估計結果，包括：

34、對調整后的法向量進行迭代處理，得到迭代法向量；

35、對所述迭代法向量歸一化處理，判斷歸一化處理后的迭代法向量是否滿足所述收斂條件；

36、若歸一化處理后的迭代法向量滿足所述收斂條件，則結束迭代處理，得到所述點云法向量估計結果；若歸一化處理后的迭代法向量不滿足所述收斂條件，則進行下一次迭代處理。

37、優(yōu)選地，所述收斂條件為：

38、

39、其中，為迭代法向量，為調整后的法向量，為預設值。

40、本發(fā)明還提出了一種點云法向量估計，用于實現(xiàn)上述的方法，包括：

41、第一處理單元，被配置為：

42、用于利用主成分分析法，對含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集中每個點的鄰域進行初步法向量估計，得到初步法向量估計結果；

43、第二處理單元，被配置為：

44、用于基于初步法向量估計結果，更新點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量；

45、第三處理單元，被配置為：

46、用于基于預設固定的平面法向量的方向，調整更新后的法向量，以使更新后的法向量的方向與固定的平面法向量的方向一致；

47、用于對調整后的法向量歸一化處理，以使法向量的到達預設的收斂條件，得到點云法向量估計結果；

48、輸出單元，被配置為：

49、用于輸出點云法向量估計結果。

50、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

51、本發(fā)明提出了一種點云法向量估計方法，本方法中通過主成分分析法對點云數(shù)據(jù)集中每個點的鄰域進行初步法向量估計，能夠高效地捕捉到點云數(shù)據(jù)的局部幾何特征，有效提高了法向量估計的適用范圍，基于初步法向量估計結果對點云數(shù)據(jù)集中每個點的法向量進行更新，減少誤差，提高法向量的準確性，逐步逼近真實的法向量方向，使得估計結果更加可靠，通過預設固定的平面法向量的方向，并調整更新后的法向量以使其與固定方向一致，可以確保法向量的方向性符合實際需求，在保持法向量估計精度的同時，也增強了法向量估計的實用性和靈活性，對調整后的法向量進行歸一化處理，不僅使法向量的長度達到統(tǒng)一標準，還確保了法向量估計結果的收斂性和穩(wěn)定性，提高整個估計過程的魯棒性和可靠性具有重要意義。

52、進一步地，本方法中通過將初始二維網(wǎng)格化點云劃分為左、右兩個區(qū)域，并對右區(qū)域點云進行變換，使得右區(qū)域點云和左區(qū)域點云合并得到含有多形狀平面的點云數(shù)據(jù)集中，包含了具有固定方向法向量的平面區(qū)域，以及法向量方向變化顯著的折疊區(qū)域，為評估法向量估計的適應性和魯棒性提供了理想的測試數(shù)據(jù)集，提高本方法對法向量的估計精度。

53、更進一步地，本方法中通過多次優(yōu)化逐步提高了每個點的法向量估計精度，法向量的估計得到了有效的平滑和穩(wěn)定，避免了單一方法可能引起的誤差積累。此外，歸一化處理確保了法向量的一致性，使得后續(xù)的點云分析和處理更加精確，經(jīng)過多輪迭代和收斂過程，法向量估計的結果將達到較高的穩(wěn)定性和準確性，為后續(xù)的點云處理任務提供了可靠的基礎。