[发明专利]一种3D城市场景自动重建方法

权利要求书

1.一种3D城市场景自动重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、输入点云数据；

S2、提取平面段；

S3、生成候选框；

S4、候选框选择：

S5、生成场景表面模型。

2.根据权利要求书1所述的一种3D城市场景自动重建方法，其特征在于，S1、输入点云数据，包括如下步骤：

S11、输入点云数据P或者利用激光扫描仪、深度相机或者其他扫描设备采集城市建筑表面点云信息，作为输入点云数据。

3.根据权利要求书1所述的一种3D城市场景自动重建方法，其特征在于，S2、提取平面段，包括如下步骤：

S21、由于建筑物主要由轴对齐的平面组成，首先确定场景的三个主方向，从点云的正态分布的直方图中确定前三个强峰值，将三个峰值的对应法线方向作为主导方向，转换点云，使其主方向与给定坐标系的轴线对齐，如果给出，直接使用法线信息，否则，k近邻的主成分分析来估计每个点的法线值；

S22、利用RANSAC算法从输入点云中提取大量的平面片段，考虑到点云中的噪声和离群值，多次运行RANSAC算法，生成大量的初始平面段。

S23、迭代细化S22中的初始平面段，根据平面支撑点的个数对平面进行评分，然后从平均得分最低的一对平面片段开始，如果满足以下两个条件，将它们合并：

1)两平面之间的夹角小于阈值θ_t；

2)从一个平面到另一个平面的质心的距离小于一个阈值d_t；

利用最小二乘法将得分最低的一对平面拟合成新的平面，重复这个过程，直到合并完所有的平面段。

4.根据权利要求书3所述的一种3D城市场景自动重建方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S24、对于缺失的点云数据，为了确保重建数据的完整性，需要从相邻的平面区域确定缺失的墙壁；

S241、首先将点投影到地平面上生成高度图，并将投影点的高度值进行光栅化；

S242、之后，通过使用双边过滤器来平滑高度图；

S243、然后，使用霍夫变换方法在高度图上检测线段，由于高度图是用正交投影生成的，所以检测到的线段实际是建筑物的墙壁和屋顶的交叉点，因此，可通过将垂直平面拟合到检测的线段来确定这些壁面。

5.根据权利要求书1所述的一种3D城市场景自动重建方法，其特征在于，S3、生成候选框，包括如下步骤：

S31、根据平面方向将精炼的平面方向划分成三大类：G_x、G_y和G_z，分别与三个主导方向相一致，支撑平面将输入点云的空间划分为一组轴对齐的框体；

S32、假设N_x，N_y和Nz是沿着三个主导方向的平面的数量(|G_x|＝N_x，|G_y|＝N_y，|G_z|＝N_z)，候选框的总数可通过公式(1)计算得到：

N＝(N_x-1)·(N_y-1)·(N_z-1) (1)。