[发明专利]一种基于网格的激光点云规则排列处理方法

说明书

本发明是一种基于背景网格下，将杂乱的、不规则分布的激光点云重新进行规则排列的方法，该方法包括：建立辅助背景网格；建立投影关系；将三维激光点云投影至网格；建立插值算法；插值规则点云；填补点云等。本发明通过以下步骤实现：（1）建立辅助背景网格单元；（2）建立投影关系，将三维激光点云投影至网格单元中；（3）建立插值算法，插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等；（4）有点网格按网格单元内点云插值，重构排列规则的新点云；（5）无值网格的新点云通过相邻网格单元新点云插值实现。本发明提供的方法，适用于将排列杂乱、不规则的点云重新排列，提高点云的质量。

技术领域

本发明涉及三维激光点云处理领域，激光建模、激光监测领域。

背景技术

三维激光扫描技术包含机载激光扫描、车载激光扫描、地面激光扫描以及手持激光扫描等。随着激光扫描仪器、计算机硬件、软件技术的不断提升，各类激光扫描仪器价格的回落，三维激光扫描技术得到推广，广泛应用在复杂工艺品制造、复杂零件制造、文物还原、文物保存、城市沙盘建设、危岩体监测、大坝监测、结构监测等领域中。三维激光点云是各类激光扫描仪采集的原始数据，由于目标对激光的反射能力强弱不一、激光束倾角不一、遮挡等因素，对于表面复杂的对象（如地表、复杂零件），未经处理的点云通常呈现不规则排列、密度不均匀等现象，一般需对原始激光点云数据进行处理，以提高点云质量。

将杂乱的、不规则分布的激光点云重新排列是点云处理的一种手段，目前常用的重新排列方法主要有依据窗口单元的重新排列。该方法事先给定一个窗口单元，该窗口中的最低点可以作为地形点，找出最低点，把窗口移动到下一个区域再找出最低点，直到遍历完所有的数据，以此对杂乱点云进行过滤，也可进行重新排列。除了最低点的方法，通常还有依据曲率、中值或平均和高斯方法等。其中，高斯方法把指定的区域内的权重看做高斯分布，它的平均效果比较小，所以能比较好的把原数据的形貌保持下来。平均法取窗口中的各个数据点的平均值。中值法取窗口内各个数据点的统计中值。

使用上述方法的点云处理通常有一定的效果，但也有许多不足。一方面上述方法仅仅考虑了点云的坐标信息，没有考虑其他信息，如反射强度、颜色RGB值等，而这些点云的属性值在一些后期处理中也是必不可少的；另一方面，多数点云排列方法与插值方法多较为简单，如平均法、中值法，无法合适地表征激光点，或过于复杂，如高斯法，对杂乱海量的点云数据处理效率较低。为此，本发明中使用了一种新方法对三维的、杂乱的、不规则分布的点云进行重新规则排列。通过基于背景网格的方法，建立简单的距离反比插值算法对高程坐标、反射强度、颜色RGB插值是本发明的关键。本发明以提高杂乱的、不规则分布的、密度不均匀的三维激光点云质量为目的，为后续的文物保存、沙盘建设、结构监测等工作打下基础。

发明内容

（一）要解决的技术问题

由于目标表面对激光的反射能力强弱不一、激光束倾角不一、遮挡等特点，对于一些表面复杂的对象，未经处理的点云通常呈现不规则分布、密度不均匀等特征，将杂乱的、不规则分布的激光点云重新规则排列是某些建模、监测工作中进行点云处理的必要手段。本发明的目的主要在于：基于背景网格，将杂乱激光点云规则排列，进而为后续的文物保存、沙盘建设、结构监测等工作打下基础，达到合理的建模、监测效果。

（二）技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

将三维激光扫描仪所采集的杂乱的、不规则分布的点云数据进行规则排列，包括以下内容：

（1）建立辅助背景网格单元；

（2）建立投影关系，将三维激光点云投影至网格单元中；

（3）建立插值算法，插值内容包含点云坐标、反射强度、RGB值等；

（4）有点网格按网格单元将原点云插值，重构排列规则的新点云；