[发明专利]基于边长比约束的离散点区域拓扑边界追踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于边长比约束的离散点区域拓扑边界追踪方法，特别是涉及如何从离散点中追踪出外边界、内部空洞边界以及在存在不同区域时追踪出区域边界的方法，属于离散点云分析处理领域。 

背景技术

机载激光扫描(Airborne Laser Scanner，简称ALS；又称机载激光雷达，Airborne Light Detection And Ranging，简记LiDAR)是近十几年来快速发展的一种新型的测量技术，广泛用于地面数据探测和模型的恢复、重建等应用中，显示出了巨大的前景(Vosselman，Kessels et al.2005)。机载激光扫描测距系统是集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与一身的空间测量系统(Li，Li et al.2000)，能够快速、精确获取地面信息。仪器通过反射镜快速而有序地旋转，将激光脉冲发射体发出的窄束激光脉冲依次扫过被测区域，测量每个激光脉冲从发出经被测物表面再返回仪器所经过的时间(或者相位差)来计算距离，同时扫描控制模块控制和测量每个脉冲激光的角度，结合传感器所携带的POS系统，最后计算出激光点在被测物体上的三维坐标。这些激光点即为对象表面的采样点，一般数量巨大，被称为“点云”。新型的LiDAR系统可以接收多次反射，记录每次反射的强度信息，提供水平间距小于1m、垂直精度在15～20cm左右的密集点阵数据(Hu 2003)，在获取点阵数据的同时，其附带的高精度CCD相机可以同时获取高清晰影像数据。LiDAR数据经过相关软件处理后，可以生成高精度的数字地面模型DEM、等高线图及正射影像图，通过将LiDAR数据获取的建筑物模型与影像配准，可以得到高精度的三维建筑物模型。目前，LiDAR在农业、水利电力设计、林业、公路铁路设计、国土资源调查、交通旅游与气象环境调查、灾害防治、城市规划等各大领域中得到广泛应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于边长比约束的离散点区域拓扑边界追踪方法，该方法通过提出一个建立在三角网基础，基于三角形边长比约束的离散点区域拓扑边界搜索算法，实现从离散点中追踪出外边界、内部空洞边界以及在存在不同 区域时追踪出区域边界。 

实现本发明目的采用的技术方案是基于边长比约束的离散点区域拓扑边界追踪方法，该方法包括以下步骤： 

(1)对离散点利用逐点插入法建立不规则三角网(TIN)； 

(2)利用不规则三角网找出初始边界得到包围数据的外环，转入步骤(4)； 

(3)在三角网内部寻找至少有一条边长度大于空洞长度阈值的三角形，设三角形的三条边组成一个环，转入步骤(4)； 

(4)对环中每条长度超过阈值的线段向内细化(在寻找内部空洞边界时为向外细化)，获得粗外边界； 

(5)对粗边界按照边长比进行扩展逐步细化，并采用边长比例作为限制条件，搜索到更准确的凹边界； 

(6)在点云中的点存在区域属性的时候，分割点云外部边界，得到边界点连续且右邻域相同的边界段； 

(7)在整个点云中搜索三个顶点的区域标志不完全相同的三角形或者直接利用外部边界上区域标志不同的前后两点所在的内部三角形，内插出边界点，确定下一步搜索方向； 

(8)根据边界段起点和终点，连接边界段，获得每个区域的边界。 

本发明具有如下的优点： 

(1)避免了采用图像的方法进行内插带来的精度损失，保持了原始点的特性。 

(2)可以较为准确地追踪出点云的凹边界。 

(3)可以在阈值合适的情况下追踪出空洞边界。 

(4)在离散点有区域属性的时候可以追踪出各个区域的边界。 

(5)适应性好，尤其是凹多边形边界对阈值设定不敏感。 

(6)对点密度的依赖不大。 

附图说明

图1为本发明流程图。 

图2为在追踪点云外边界时利用三角形找出点云的初始边界的示意图。 

图3为三角网内部存在空洞时的特征示意图。 

图4为根据初始边界上的组成线段长度进行细化内缩的示意图。 

图5是只利用边界组成线段边长阈值进行追踪，可能出现的追踪到不稳定三角形的示意图。 

图6是在点有区域属性的时候点云内部不同区域边界的示意图。 

图7是点云内部的三角形有两个顶点区域属性相同，另一个不同的示意图。 

图8是点云内部的三角形三个顶点区域属性均不同的示意图。