[发明专利]基于高质量体素的区域生长3D岩体点云平面提取方法

权利要求书

1.一种基于高质量体素的区域生长3D岩体点云平面提取方法，其特征在于主要包涵以下步骤：

步骤1、基于体素的空间划分与共面性检测：首选估算点云中每个点的法向量；然后根据岩体点云的包围盒尺寸快速建立体素；在每个体素内部利用随机采样一致性进行共面性检测以建立生长单元(平面)；最后对每个生长单元建立邻域索引。

步骤2、基于区域生长算法的岩体点云初始平面提取：根据建立后的生长单元，利用基于体素的区域生长算法提取初始平面集合；

步骤3、基于邻域关系的平面生长：以提取后的每个平面为基准，建立点云合并准则，在其平面的邻域内对提取后的剩余点云进行判定，得到最终的平面集合。

2.根据权利要1所描述的一种基于高质量体素的区域生长3D岩体点云平面提取方法，其特征在于：所述步骤1进一步包括以下步骤：

步骤1.1、利用主成分分析(PCA)估计点云中每个点的法向量。对于点云中任意一点p，其半径为r的区域里总共包含有k个点。则这k个点构建协方差矩阵Σ，其中λ₁＜λ₂＜λ₃表示协方差矩阵Σ的三个特征值，v₁,v₂,v₃为其对应的特征向量。则其最小特征值λ₁对应的特征向量v₁为p点的法向量。

Σ·v_j＝λ_j·v_j,j∈{1,2,3}

步骤1.2、根据给定的体素边长，将点云快速体素化。

步骤1.3、对于每个体素内部，如果点数大于一定的阈值(N_r)则利用基于法向量的随机采样一致性(ND-RANSAC)进行共面性检测，用来提取生长单元(平面)。假定每个体素内部含有N个点，从中随机选取3个不共面的点建立平面pl，根据剩余的点云对此平面进行打分，若点到平面的距离小于的阈值d₁且点的法向与平面法向的夹角小于阈值θ₁则分数加1；此过程迭代T次，分数最大的平面为最终的生长单元(平面)；

步骤1.4、根据建立的生长单元为基准，对每个生长单元建立邻域索引。

3.根据权利要1所描述的一种基于高质量体素的区域生长3D岩体点云平面提取方法，其特征在于：所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤2.1、对于步骤1提取的生长单元从中选取包含点数目最多的平面作为种子平面；

步骤2.2、建立区域生长准则：1两平面的法向夹角小于一定的阈值θ₂；2两平面的距离小于d₂。

步骤2.3、以种子平面为中心，利用步骤1.4建立好的邻域索引，对其周边邻域进行搜索；将满足生长准则的生长单元进行合并；新加入的单元作为新的种子平面继续进行生长，直到没有新的平面加入，则从点云中提取出一个完整的平面。

步骤2.4、步骤2.1-2.3的过程迭代进行数次，直到所有生长单元都被处理为止，得到初始平面集合。

4.根据权利要1所描述的一种基于高质量体素的区域生长3D岩体点云平面提取方法，其特征在于：所述步骤3进一步包括以下步骤：

步骤3.1、每次从步骤2提取的初始平面集合选取点数最大的平面P；

步骤3.2、从提取后的剩余点云中，选择P邻域以及内部的剩余点云集合R；

步骤3.3、建立点云合并准则：1若点到平面P的距离法向夹角小于一定的阈值θ₃；2点到平面P距离小于d₃。对R中每个点进行判定，将满足合并准则的点加入到平面P中，并重新估算平面参数；

步骤3.4、对于步骤2提取的每个初始平面重复上述步骤3.1-3.4，得到最终的平面集合。