[发明专利]一种基于移动激光测量点云进行室内结构化三维重建方法

摘要

本发明公开了一种基于移动激光测量点云进行室内结构化三维重建方法，首先基于激光扫描点云证据栅格地图进行房间分割；然后基于矢量墙面投影线段进行空间划分；最后基于矢量和栅格叠加构建矢量房间平面图和室内三维模型。本发明充分利用室内空间的语义信息和结构化元素，将室内三维重建问题转化为房间分割和基于GIS的叠加分析问题，利用分割的房间作为先验知识解决建模过程中激光测量的遮挡和数据不完整的问题，可以快速高效的构建具有拓扑一致性的室内建筑物三维模型。同其他方法相比，本发明可以更好的处理室内复杂环境的点云数据，满足室内结构化三维重建的要求。

主权项

1.一种基于移动激光测量点云进行室内结构化三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算激光扫描点云证据栅格地图，基于自由空间证据栅格地图进行房间分割；步骤1的具体实现包括以下子步骤：步骤1.1：根据输入的体素Voxel大小，将点云离散化为网格，采用体素表达三维空间，所述体素Voxel对应规则网格中的小立方体；根据激光扫描点和视点之间的关系，利用线转栅格算法，计算三维占用概率格网，每个体素被赋予“占用”、“未占用”和“未知”三种值；当不存在视点信息时，生成包含“占用”和“未知”两种值的三维占用概率格网；赋值规则如下面的公式所示；步骤1.2：根据“未占用”值投影到XOY平面生成自由空间证据栅格地图；视点不存在时，将体素值为“占用”的栅格投影到XOY平面，生成证据栅格地图；步骤1.3：将1.2步骤生成的证据栅格地图利用形态学方法进行房间分割，得到做了标记的房间分割栅格地图；步骤2：基于矢量墙面投影线段进行空间划分；步骤2的具体实现包括以下子步骤：步骤2.1：利用区域生长算法进行点云平面分割，利用迭代重权重最小二乘法进行平面点云拟合，计算点云平面的法向量n；步骤2.2：墙面选择；垂直平面作为备选的墙面，利用公式|n·v|＜∈计算判断平面是否垂直；其中n为点云平面的法向量，v＝(0，0，1)^T，∈为角度阈值的余弦值；剔除垂直平面的高度h＜1.5m的平面，之后得到满足条件的墙面；计算墙面与XOY平面的交线，得到投影到2D平面的矢量线图层；步骤2.3：空间划分；利用二维线段对二维平面空间的分割形成的多边形单元，将空间划分的矢量多边形单元；步骤3：基于矢量和栅格叠加的矢量房间平面图构建和室内三维模型构建；步骤3的具体实现包括以下子步骤：步骤3.1：根据2.3步骤生成的矢量多边形单元，随机生成采样点；步骤3.2：根据采样点的位置信息，获取每个采样点在步骤1.3中生成房间分割标记栅格地图的属性值；步骤3.3：判断每个多边形单元的属性，利用蒙特卡罗算法，计算每个矢量多边形单元内采样点属性标记值的比例，将比例最大的标记值作为多边形单元的属性；步骤3.4：将3.3步骤中生成的具有相同属性的多边形单元进行合并，得到最终的房间平面图；步骤3.5，利用3.4步骤中生成的矢量房间平面图数据，利用高度直方图，从点云中获取每个房间的地板和天花板高程信息；步骤3.6：利用Delaunay三角化方法将每个房间的天花板、墙面和地板多边形三角化，构建最终的房间三维模型。