[发明专利]一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法

说明书

本发明公开了一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，包括以下步骤：S01，对古城墙进行扫描，获取墙体表面点云数据；S02，采用多项式曲面拟合研究区域表面点云，剔除裂缝内部点；S03，利用主成分分析方法对剔除内部点后的点云进行降维分析；S04，计算相邻两点间的最大夹角；S05，判定裂缝边界点，获得疑似裂缝边界点序列；S06，根据S05得到的疑似裂缝边界点进行二次识别与判断，获得最终裂缝边界点；S07，根据裂缝边界点，对裂缝的主方向、宽度、长度等几何参数进行提取；S08，将裂缝几何参数转换至三维坐标系；S09，进行存储。本发明的一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法,自动化程度高、检测精度高、有效提取墙体各裂缝的三维几何参数，实现传统的二维裂缝检测到三维检测的跨越。

技术领域

本发明具体涉及一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法。

背景技术

古城墙作为历史文化遗产和传统风貌相结合的重要载体，具有较高的科学、文化及经济价值。为了更好地保护古城墙，对其进行三维裂缝的检测具有十分重要的意义。传统的机械测量法一般需在城墙墙体上安置测点，利用游标卡尺测定裂缝的宽度等信息，但是该类方法存在明显的局限性：1)城墙的特殊性导致了不宜在墙体上大规模安置测点；2)裂缝的检测局限于二维形式，无法实现三维形态的提取；3)需要通过目视识别并作标记；4)有限的测量距离；5)工作繁琐，劳动量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种自动化程度高、检测精度高、有效提取墙体各裂缝的三维几何参数，实现传统的二维裂缝检测到三维检测的跨越的基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于密集点云的古城墙三维裂缝检测方法，包括以下步骤：

S01，采用地面激光雷达系统对古城墙进行扫描，获取墙体表面点云数据F(x_i,y_i,z_i)_{i＝1,2,…,n}，其中n为采集点云中点的数量；x、y和z为墙体表面点的三维坐标，i代表第i个点；

S02，采用多项式曲面拟合研究区域表面点云，根据点到拟合曲面的距离关系剔除裂缝内部点；

S03，利用主成分分析方法对S02获得的剔除内部点后的点云进行降维分析，获得三个特征向量v_p，其中p＝1,2,3，将三维点云数据转换至墙体所在平面，生成二维点云数据；

S04，计算样本点云中各点邻域内点的角度分布情况，并计算相邻两点间的最大夹角；

S05，根据S04的得到的各点邻域最大夹角，给定一个裂缝边界点最大夹角阈值，判定裂缝边界点，获得疑似裂缝边界点序列；

S06，根据S05得到的疑似裂缝边界点进行二次识别与判断，获得最终裂缝边界点；

S07，根据S06得到的裂缝边界点，对裂缝的主方向、宽度、长度等几何参数进行提取；

S08，根据S07得到的裂缝几何参数转换至三维坐标系；

S09，根据S08得到的裂缝三维几何参数进行存储。

S02具体过程为：对表面点云F(x_i,y_i,z_i)_{i＝1,2,…,n}进行多项式曲面拟合得到P_n，计算各个点到拟合曲面P_n的距离D_i(i＝1,2,…,n)，将所有与表面距离大于阈值D₀的点剔除，获得剔除内部点后的点集F'(x_j,y_j,z_j)_{j＝1,2,…,m}，其中，m为剔除内部点后的点集中点的数量，j代表点集F'中第j个点。