[发明专利]一种基于机载激光雷达树点云重建三维树模型的方法

权利要求书

1.一种基于机载激光雷达树点云重建三维树模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将机载激光雷达树点云投影至平面形成高度图；

树冠的形状表明树干的中心位置高、周围高度低且从中心到四周高度呈递减趋势，基于树冠这一特点，将树点云的最高位置投影到平面上，颜色用对应高度值表示形成高度图；

S2、采用切片法交互式分隔获取单棵树点云；

S21、根据高度图交互式粗选单棵树区域；

根据高度图选择树冠的中心，确定树冠的大致区域半径，同时对应三维空间联动生成一个圆柱体区域，计算落入圆柱体内的点；

将落入圆柱体内的点根据高度方向分成多个切片，针对切片内的点，获得对应的切片凸包；

S22、交互式精细调整凸包；

交互式调整或删除凸包形成的多边形的顶点，并动态判断哪些点落入了新凸包的多边形区域内；

若点均在凸包的多边形内部，则全部选定为当前单棵树切片中的点云，至上而下依次调整所有切片，连接相邻切片形成三维凸包，导出三维凸包内的点云即形成分割后的单棵树点云；

S3、基于单棵树点云构造连通图；

S4、基于植物学规律构建树点云的方向场；

方向场几乎对称于树的中心线；树干方向几乎垂直于地面；当从中心线移动到图像的侧面时，方向角减小，分枝逐渐指向水平；高枝的方向角变化较低，枝的方向角变化慢；

S5、基于贪婪算法生成树骨架；

在连通图的基础上，基于贪婪算法结合方向场生成树骨架；

S6、基于管道模型和广义圆柱体重建树的三维几何模型；

根据树骨架采用管道模型和广义圆柱体进行绘制，获得三维树模型。

2.如权利要求1所述的基于机载激光雷达树点云重建三维树模型的方法，其特征在于，所述步骤S1生成高度图的方法为：

选取一片机载雷达树林点云，点云中任意一点在三维空间表示为P_i＝(P_ix,P_iy,P_iz)(i＝1,2,…,n)，P_min和P_max分别表示点云包围盒最小和最大坐标值点，Δs为分辨率，将点云离散化投影的二维高度图像的长宽分别表示为和

3.如权利要求2所述的基于机载激光雷达树点云重建三维树模型的方法，其特征在于，所述步骤S21获得对应的凸包的方法为：

圆柱体的上下底中心位置分别为(aΔs+P_max.x,P_max.y,bΔs+P_max.z)和(aΔs+P_min.x,P_min.y,bΔs+P_min.z)，圆柱的半径为rΔs，然后计算出落入圆柱体内的点并表示为P′_i(i＝1,2,…,m)，P′_min和P′_max分别表示圆柱体内点云包围盒最小坐标值点和最大坐标值点，设定Δh为高度方向切片分辨率，将落入圆柱体内的点分为个切片，落入第i个切片的点Q_i(i＝1,2,…,N)对应高度范围为[P′_min.y+(i–0.5)Δh,P′_min.y+(i+0.5)Δh]，针对切片i内的点Q_i，采用安德鲁单调链凸包算法求得对应凸包，步骤如下：

a.将给定Q_i按x坐标升序排序，x坐标值若相同则按y坐标升序排序；

b.创建凸包上部

将排序后的点按照x坐标从小到大加入凸包S，若新加入点使得S不再是凸多边形，则逆序删除之前加入S的点，直到S重新成为凸多边形为止；

c.创建凸包下部

将排序后的点按照x坐标从大到小加入凸包V，若新加入点使得V不再是凸多边形，则逆序删除之前加入V的点，直到V重新成为凸多边形为止；

合并集合S∪V形成最终Q_i对应凸包。