[发明专利]一种基于三维欧式距离变换的房间分割方法

权利要求书

1.一种基于三维欧式距离变换的房间分割方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤一：三维空间占用概率网格计算，对激光扫描点云所占用的三维空间进行三维网格划分；利用三维布雷森汉姆直线算法确定三维网格中每个体素的占用概率，根据激光的扫描视点和被测物体表面点之间的射线来近似形成自由空间点，将概率值存储到VDB三维网格数据结构中；

步骤二：三维欧式距离变换，计算每个体素到其最近邻占用点的距离值；算法包括两个过程可以用类似于上升波和下降波的概念进行描述；上升波：当一个障碍物被移除时，以索引s为最近障碍物的网格单元集合需要按照顺序进行重置，从而产生一个类似于上升波的过程；下降波：当添加障碍物时，需要检查其周围的网格单元，更新这些网格单元的距离值，从而产生一个类似于下降波的过程；

步骤三：内部球填充，对距离变换后的VDB三维网格数据进行阈值分割，采用内部球填充距离值大于给定阈值的区域；

步骤四：房间种子区域生成，根据邻接关系构建内部球拓扑图，采用连通子图分割，通过连通子图中每个内部球所占用的空间叠加三维空间网格得到初始的房间种子区域；

步骤五：波前向生长算法，最后利用波前向生长算法得到最终的三维房间分割结果，初始房间种子区域通过波前生长算法扩展到未标记的自由空间，直到所有自由体素单元都已标记，算法结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于三维欧式距离变换的房间分割方法，其特征在于，所述步骤三中关于内部球填充的具体实现步骤为：

2.1、对阈值分割后的VDB三维网格，每个体素中存储着该体素到其最近障碍点的距离值；得到一系列体素Voxels＝{P₁＝d₁，P₂＝d₂，...，P_n＝d_n}；

2.2、首先选择距离变换值最大的体素为球心，最大近邻距离为半径进行填充；设该体素中心为P_maxd，其最近邻距离为D_max＝max{D}，则初次填充球定义为S₁＝(O，R)＝(P_max，D_max)；

2.3、接着在所有已填充球的外部体素集合中选取具有最大近邻距离的体素中心作为新的填充球球心，填充新的内部球。

2.4、为了减小内部球之间的重叠，每次进行填充球外部体素集合判断时，通过限定搜索区域为当前填充球1.5倍半径区域来提高填充的效率；

2.5、依次迭代，直至所有体素都被填充完毕，得到相交填充内部球集合S＝{S₁，S₂，...，S_n}。

3.根据权利要求1所述的一种基于三维欧式距离变换的房间分割方法，其特征在于，所述步骤四中房间种子区域生成的具体实现步骤为：

3.1、首先初始化拓扑图GV，E，该拓扑图以所有内部球的球心点作为图的节点V。同时将所有内部球的球心点构成集合P，对球心点点集P构建KD树；

3.2、遍历每一个内部球的球心点p，搜索其2D_max半径范围的近邻球心点；

3.3、判断近邻球p_j与当前球p_i是否相交，如果是，即内部球具有一定程度的相互重叠，则向拓扑图G中添加边E←E∪e(p_i，p_j)；

3.4、依次迭代，直至所有内部球的球心点遍历完毕；

3.5、对图G进行连通子图分割，得到连通域集合C＝{C₁，C₂，...，C_n}；为连通域赋予初始房间语义标记ID；将连通域中每个内部球占据的空间所包含的体素标记为相应的初始房间标记ID，得到包含房间种子区域信息的体素网格S_{initial_label}。

4.根据权利要求1所述的一种基于三维欧式距离变换的房间分割方法，其特征在于，所述步骤五中波前向生长算法的具体实现步骤为：

4.1、为波前向生长算法深度拷贝初始房间语义标记S_{initial_label}，记作S_{copy_label}；对于任意一个体素单元s，遍历其在初始房间语义标记S_{initial_label}中的26个近邻体素，如果近邻中存在一个房间语义标记值s_label，则将当前体素赋值为s_label；

4.2、利用S_{copy_label}更新S_{initial_label}；

4.3、重复4.1-4.2步骤，直到所有的体素都已经被赋予一个房间语义标记；

4.4、得到最终的房间语义分割结果，保存为VDB格式*.vdb文件。