[发明专利]一种三维场景中不同物体的分割方法

摘要

本发明公开一种三维场景中不同物体的分割方法，针对激光扫描获得的室外场景三维点云数据，建立点云数据的邻接关系和空间搜索机制，估计每一点的法向量和残差量；确定将残差量最小的点作为种子点，利用平面一致性约束条件和区域生长策略进行平面聚类，形成三维场景中平面建筑物整体与其它物体的分割状态；对分割出的建筑物整体部分，建立平面建筑物区域的局部连通搜索，利用不同的种子点准则，将同一平面具有连通性的点构成聚类，实现建筑物平面的细节分割；对分割出的其它物体构造基于距离标记的初始聚类分块，建立加权控制约束进行聚类合并，达到树木的最优分割结果；对多个数据集的测试说明本发明可以有效地进行三维场景中树木和建筑物的分割。

主权项

一种三维场景中不同物体的分割方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤S1：采用三维激光扫描仪获取的室外场景的原始三维点坐标称为三维空间的点云数据，将点云数据作为输入模型，分别建立点云数据的邻接关系和空间搜索机制，估计点云数据中每一点的法向量，并计算点云数据中每一点的残差量；步骤S2：根据局部平面的微分特性确定的点云数据中每一点的残差量，并根据残差量的大小确定种子点，选择残差量最小的点作为种子点；从种子点出发，利用区域生长策略和平面一致性约束条件，查找种子点的k近邻点，比较k近邻点的法向量与种子点的法向量，获得具有相同或者相近法向量的点并进行平面区域的聚类；将k近邻点中残差量小于给定残差阈值的点加入种子点队列，以更新种子点队列，保证种子点队列的完整性，进而得到平面区域的平滑过渡；此过程迭代执行，直到点云数据中的所有点都已经标记为不同的聚类号，这些平面聚类的关系形成了平面建筑物整体与其它物体的分割状态；步骤S3：利用获得的平面建筑物整体分割结果，选择不同于建筑物整体分割的种子点策略，仅以残差量最小的点为种子点进行局部连通区域搜索；在此种子点的选择不具备传递性，将与种子点距离在设定距离阈值范围内、法向量的夹角小于角度阈值的k近邻点进行局部连通区域的聚类；在剩余点中选择下一个种子点，重复上述过程，直到所有点都已经标记完为止；这样平面建筑物区域的墙面、窗户和门等细节信息被标记为不同类型，从而实现建筑物的细节分割；步骤S4：基于场景中分割出的其它物体对单个树木进行分割，通过对其它物体部分进行基于距离标记的聚类，构造三维空间的初始聚类分块；然后利用基于距离和法向量加权控制约束的聚类合并，即为初始分块的各个聚类构造权函数以平衡类间距离与类间法向量夹角的影响；进而为所有聚类两两之间建立加权值矩阵，用于寻找加权函数确定最小值时两个聚类的标号；按照聚类的标号实现初始聚类的合并，构造具有完整性和连通性的最优分割结果，获得场景中的单个树木；步骤S5：分别对分割出的平面建筑物整体、建筑物细节信息以及单个树木的结果进行输出，得到三维场景中不同物体的最终分割结果。