基于特征保留的散亂點云壓縮算法
【專利摘要】本發明公開了一種基于特征保留的散亂點云壓縮算法，包括以下步驟：步驟一：從點集中取一點利用分塊技術搜索其K近鄰域，建立點云拓撲關系；步驟二：根據點K近鄰域，計算點云的法矢量、曲率，并調整法矢方向，使之具有一致性；步驟三：根據曲率，取出符合要求的特征點予以保留；步驟四：以八叉樹理論為基礎，按照精簡原則，在保證物體特征的前提下精簡點云。本發明的優點在于利用分塊技術提高了鄰域搜索的效率，并在保留對象特征的基礎上完成數據精簡。本發明的壓縮算法可以用于測繪、計算機圖像及真三維模型重建等各領域，具有較高的可信度，壓縮效果較好，應用前景廣。
【專利說明】基于特征保留的散亂點云壓縮算法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測繪學、計算數學、計算機圖形學及視覺【技術領域】的一種海量點云數據快速配準方法，具體為一種基于特征保留的散亂點云壓縮算法，在虛擬現實、數字城市、古建筑保護、點云數據處理、3D重建領域具有重要的應用價值。
【背景技術】
[0002]逆向工程中，一般的激光測量設備可以從產品表面輕易獲取數十萬甚至數百萬的高密度測量數據，然而，利用點云數據進行曲面重構、三角網格構造或評價被測曲面的誤差，一般都不需要過密的數據點，海量數據不僅使得數據的顯示、存儲消耗大量的時間和計算機資源，加大系統的負荷，而且大大降低了后續處理的效率。因此，點云數據的壓縮已成為三維模型重建一個必不可少的預處理過程，數據壓縮的效果對于提高網格模型生成、特征提取效率以及后續三維模型的重建具有重要的意義。而點云數據的壓縮，必須在保持被測物體幾何特征的前提下，根據物體的幾何特征，對測量數據點云進行精簡，在提高計算速度、減少存儲空間的同時突出模型特征。為了適應不同點云數據同時又能滿足模型的信息保真性要求，本發明提出一種基于特征保留的散亂點云壓縮算法。
[0003]點云數據的形式主要分為有序點云和散亂點云，有序點云數據點與點之間具有拓撲關系和一定的信息量，所以壓縮相對簡單，有效的方法很多，如均勻取樣法、最小距離法、弦高偏移法。而散亂點云的處理比較困難，點與點間無序無規律，適用有序點云的數據壓縮方法不能直接用于無序的點云數據，效果也不太理想。目前比較常用的方法有:基于平均點距值法、包圍盒法、均勻網格法、非均勻網格法和曲率估算法等。
[0004]在實際應用中，散亂點云代表性較強，因此本發明主要針對散亂點云數據。
【發明內容】
[0005]本發明針對散亂點云提出一種改進的基于特征保留的散亂點云壓縮算法，以期能夠到達在保留特征的同時實現算法的高效。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:一種基于特征保留的散亂點云壓縮算法，包括以下步驟:
步驟一:從點集中取一點利用分塊技術搜索其K近鄰域，建立點云拓撲關系；
步驟二:根據點K近鄰域，計算點云的法矢量、曲率，并調整法矢方向，使之具有一致
性；
步驟三:根據曲率，取出符合要求的特征點予以保留；
步驟四:以八叉樹理論為基礎，按照精簡原則，在保證物體特征的前提下精簡點云。
[0007]其中，步驟一中所述搜索占/近鄰域的分塊技術，為根據所有散亂點U』坐標的最小和最大值，計算最大包圍立方體包圍所有點云數據；然后根據點云的數量和分布將最大立方體分割成η3個子立方體，子立方體邊長設為sz并對每個立方體按照一定的順序編號，貝1J對點云中的任一點PiPX,PyPs),
其所在子立方體為:
【權利要求】
1.一種基于特征保留的散亂點云壓縮算法，包括以下步驟: 步驟一:從點集中取一點利用分塊技術搜索其K近鄰域，建立點云拓撲關系； 步驟二:根據點K近鄰域，計算點云的法矢量、曲率，并調整法矢方向，使之具有一致性； 步驟三:根據曲率，取出符合要求的特征點予以保留； 步驟四:以八叉樹理論為基礎，按照精簡原則，在保證物體特征的前提下精簡點云。
2.根據權利要求1所述的算法，其特征在于步驟一中所述搜索點K近鄰域的分塊技術，為根據所有散亂點XJJ坐標的最小和最大值，計算最大包圍立方體包圍所有點云數據；然后根據點云的數量和分布將最大立方體分割成i個子立方體，子立方體邊長設為泣并對每個立方體按照一定的順序編號，則對點云中的任一點pip, ,PyPz)，
其所在子立方體為:
3.根據權利要求1所述的算法，其特征在于步驟二中，利用點云拓撲關系即其 近鄰域以及最小二乘法計算點法矢及曲率，法矢平面方程米用μ +知d = O，曲率估算米用拋物面擬合法，設拋物面方程為-.Z^ax2 +bxy +cy2，對被搜索點P及其鄰域內的點進行最小拋物面擬合，求出系數a，b，c，則P的高斯曲率K和平均曲率H分別為
4.根據權利要求1所述的算法，其特征在于步驟三中，采取固定檢測率的方式，即用戶設置檢測率，將所有點按曲率排序，將符合檢測率要求的點給予保留。
5.根據權利要求1所述的算法，其特征在于步驟四中，所述精簡原則為，當某一網格內點集的法矢標準偏差大于指定閥值，則對其進行細分保留更多的點，將該網格等分成八份，保留更多的細節信息。
6.根據權利要求5所述的算法，其特征在于網格法矢標準偏差由下式可得:
【文檔編號】H03M7/30GK103701466SQ201210366553
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年9月28日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】張鴻飛, 羅永權 申請人:上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司