[发明专利]一种点云法线估算新方法

说明书

本发明提供了一种点云法线估算新方法。所述方法包括步骤：以点云数据中点p₀作为初始测地路径起点，找出k_NN(p₀)，从k_NN(p₀)中选择点p_i，查找k_NN(p_i)，从k_NN(p_i)中选择一点作为初始测地路径终点；对初始测地路径进行网格非均匀划分和计算，得若干测地路径；将各测地路径起点和终点拟合分别得到对应拟合平面，计算各测地路径上点到对应拟合平面距离之和，将最小距离之和对应测地路径作为选定测地路径；拟合选定测地路径上各点主法方向，找到拟合法平面，将起点主法向量投影到拟合法平面，得起点近似法线。本发明的有益效果包括：方法简便，能够避免路径出现“回转”现象，并提高尖锐特征的法线估算精度。

技术领域

本发明涉及点云数据的处理领域，特别地，涉及一种点云法线估算新方法。

背景技术

法线是几何图形重要几何属性，通常情况下点云法向信息和拓扑结构缺失，法线需要从点云坐标数据估算。现有点云法线估算新方法主要有以下几种：

(1)基于PCA(Principal Component Analysis，主元分析)方法，PCA方法计算k(最近邻点数量)最近邻域质心，以所有最近邻点与质心的坐标差之和构造三阶半正定方阵，矩阵最小特征值对应特征向量作为法线，本质是最小化法向与拟合切平面偏差。

(2)基于SVD(Sigular Value Decomposition，奇异值分解)方法，SVD以矩阵最小特征值对应的特征向量作为点云法线。

(3)三角剖分方法，对点云Delaunay三角化或构建对偶Voronoi图建立拓扑估算法线。

(4)加权平均法，在网格化基础上赋予网格面片权值，以面片法线或边向量加权和近似法线。MWE(Mean Weighted Equally，平均权值法)赋相同权值，MWA(Mean Weighted byAngle，夹角余弦平均权值法)用邻近面片相邻边夹角余弦作为权值。正弦和边长倒数平均权值法、邻接三角形面积平均权值法、边长倒数平均权值法和边长倒数平方根平均权值法等四种方法加权给定点邻近法线。

(5)最小二乘法，Liu从空间任取一点，向点云数据投影，最小化空间点与点云距离，通过拟合球面估算点云法线。

(6)霍夫变换法，以Hessi形式表示平面，得到霍夫变换的参数空间，利用霍夫变换和投票累加器检测平面。基于投票累加器，使用随机霍夫变换对邻域内任意三点投票，票数最大Hough参数对应平面作为给定点的切平面。

(7)核函数法，假设点云噪声服从高斯分布，估算局部噪声算子，设计核密度估计检测局部切平面。利用50个最小k阶二乘平面分类并删除“离群点”，保留“局内点”。为提高尖锐特征法向精度，可同时使用距离权函数W_d、离群点权函数W_r和法向权函数W_n。

(8)曲线化方法，通过相邻边的一组折线或多边形边估算法线。可建立增强Darboux标架计算主曲率，最大主曲率点或最小主曲率点作为边点，以边作为向量并叉积得到网格点法线，插值网格点法线近似非网格点法线。

现有方法对不同模型法线估算精度不同，由于点云模型差异性，研究表明，没有对所有模型都适用的方法。