[发明专利]一种基于木构件的古建筑点云自动分割方法

权利要求书

1.一种基于木构件的古建筑点云自动分割方法，包括以下步骤：

第一步、利用三维激光扫描仪对古建筑进行数据采集，获取三维点云数据；

第二步、对点云数据进行预处理，所述预处理包括：去除点云数据噪音点、结构构件的欧式聚类、结构构件参数的近似估计以及转正处理；

第三步、对转正后结构构件的点云数据进行点云数据分割，点云数据分割包括以下步骤：

A、判断是否有结构构件需要分割；

B、如果需要分割，则建立AABB构件包围盒，并输入构件的几何信息，然后将对应构件进行点云数据分割，分割完成后返回A步骤；如果不需要分割，则直接结束；

所述包围盒为AABB包围盒；

采用建立KD树进行去噪处理；

所述点云数据分割分为两步，先对柱形木构件进行点云数据分割，然后再对梁、枋木构件进行分割；

所述构件的几何信息通过设计图或现场勘测获取；

在点云数据分割前，再次通过多次迭代的方法，对结构构件参数进行近似估计；

在对结构构件进行欧式聚类的过程中，获取去噪之后的点云数据在X、Y、Z三个维度上的最小、最大值，分别表示为X_min，X_max，Y_min，Y_max，Z_min，Z_max；

对于点云数据的任意一数据点P_i(x_i，y_i，z_i)，满足以下条件：

X_min≤x_i≤X_max

Y_min≤y_i≤Y_max

Z_min≤z_i≤Z_max

对任一点的Z坐标z_i进行z_i-Z_min处理后，根据梁距离地面的高度H_c，选择满足H_c/2-0.3≤Z≤H_c/2+0.3的数据点，作为若干个柱构件对应的点云数据，进行欧式聚类，获取柱构件对应的点云数据；

根据获取的所述柱构件对应的点云数据，提取出对应的柱构件参数，并进行转正处理后，用于使点云数据垂直于地面且数据点的Z坐标值均大于等于0，其中，

提取柱构件参数的过程包括以下步骤：

获取用于表征所述柱构件的由7个参数组成的参数方程，对该7个参数赋予初始值：

a＝1，b＝1，c＝1，R＝0.1

式中，轴线向量为(a，b，c)，圆柱的半径为R；

获取各参数之间的误差方程为：

以及条件方程为：

a²+b²+c²＝1

并根据所述条件方程和所述误差方程，通过多次迭代，获取7个参数的准确值；

转正处理的过程包括以下步骤：

依据罗德里格矩阵方法，计算点云所在的坐标系和转正之后坐标系中两向量间的旋转矩阵，通过所述旋转矩阵，对由7个参数组成的点云数据进行转正处理；

在对转正后结构构件的点云数据进行点云数据分割的过程中，获取任一数据点P_i(x_i，y_i，z_i)到圆柱轴线L_c的距离d_c，其中，圆柱轴线L_c的表达式为：Ax+By+Cz+D＝0，

通过对所述柱构件的半径设定阈值，当距离d_c满足r_c-r_th≤d_c≤r_c+r_th时，则认定该数据点为所述柱构件的点，r_th＝0.02。