[发明专利]一种管道结构三维重建方法

权利要求书

1.一种管道结构三维重建方法，其特征是该方法包括以下步骤：

S1：获取管道的点云数据和地面的单位法向量，将所述点云数据变换到以地面的法向量为Z轴的坐标系，计算坐标变换后的点云数据的法向量；

S2：根据所述坐标变换后的点云数据的法向量找到法向量平行于地面的点云数据，并投影到平行于地面的平面上；

S3：根据所述坐标变换后的点云数据的法向量找到法向量不平行于地面的点云数据，并投影到高斯球上，沿纬度方向投影到赤道上，在赤道上检测峰值点；将峰值点所在区域内的点云数据投影到峰值的方向和Z轴构成的平面上；

S4：分别检测步骤S2得到的平面和步骤S3得到的平面中点云数据构成的点云圆；通过点云圆得到管道的三维图。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坐标变换的公式为：

x′=Mx

其中：

x′为变换后的点云数据的坐标；

M为坐标变换方阵；

x为变换前的点云数据的坐标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算坐标变换后的点云数据的法向量具体为：

对每个点云数据取设定个近邻点，将所述近邻点拟合成一个平面，则这个平面的法向量为该点云数据的法向量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述法向量平行于地面的点云数据是指该点云数据的法向量和地面平面的夹角小于设定角度的点云数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在赤道上检测峰值点具体为：

将法向量不平行于地面的点云数据投影到高斯球上，并求得该点云数据法向量和高斯球的赤道平面的夹角；将赤道平面上共π的方向角分成设定数量的均匀区间，统计落在各个区间内的点云数据的数量；若点云数据的数量大于设定阈值，则认为该区域有一个峰值点，该峰值点的角度为该区域角度的中间值；否则，认为该区域没有峰值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别检测步骤S2得到的平面和步骤S3得到的平面中点云数据构成的点云圆具体为：

S41：统计步骤S2得到的平面和步骤S3得到的平面的点云数据在各自平面中的分布，进而设定初始圆的参数空间；根据初始圆的参数空间确定点云圆。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据初始圆的参数空间确定点云圆具体为：

S411：若初始圆的参数空间内的点云数据少于设定阈值，则舍弃该初始圆的参数空间，否则，进入步骤S412；

S412：若初始圆的参数空间小于设定范围，则检测该初始圆的参数空间中的圆，否则，将该初始圆的参数空间等分为设定个初始圆的参数空间，返回步骤S411。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述检测该初始圆的参数空间中的圆的方法为随机样本一致性算法。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过点云圆得到管道的三维图具体为：

S42：根据所述点云圆绘制该点云圆的圆柱轴线，经拟合后得到管道的三维图。