[发明专利]基于图像分割的三维点云离群点剔除方法

权利要求书

1.一种基于图像分割的三维点云离群点剔除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，设定采样间隔，在以三维点云重心为球心的单位球参数空间中均匀采样生成投影方向；

步骤(2)，根据步骤(1)生成的投影方向与三维点云所在世界坐标系Z轴之间的“313”旋转关系求解变换矩阵，并利用变换矩阵对点云进行姿态变换；

步骤(3)，计算姿态变换后的三维点云投影到透视投影虚拟视图中的图像分辨率；

步骤(4)，获取点云在所有投影方向上的透视投影虚拟视图；

步骤(5)，利用基于图像分割的主体提取算法分割出步骤(4)获得的透视投影虚拟视图的主体部分；具体包括：

建立无向图，在无向图中将每个像素视为一个顶点，像素上下左右邻接关系用无向图的边表示；空心圈代表值为255的像素，代表包含了三维点云的顶点；阴影圈代表值为0的像素，代表不包含任何三维点云的顶点；

通过建立的无向图，利用满水填充法的思想从种子节点向上下左右四个方向遍历，将无向图中的所有子图的最大连通子图寻找出来，并给定一个ID号区分每个子图；

以得到的多个子图中包含节点数目最多的子图作为该视图中的主体部分；

步骤(6)，根据可见外壳技术，利用透视投影虚拟视图中主体部分的侧影轮廓线形成三维点云的凸包，将三维点云凸包以外的三维点作为离群点进行剔除。

2.根据权利要求1所述的基于图像分割的三维点云离群点剔除方法，其特征在于，步骤(2)中，定义“313”旋转关系为首先绕Z轴顺时针旋转α角，然后绕X轴顺时针旋转β角，最后绕Z轴顺时针旋转γ角所得到的旋转变换关系，则所述变换矩阵的求解方法为：

假设三维点云所在世界坐标系为O-XYZ，三维点云中任意一点p_i的位置矢量为P_i＝[x_i，y_i，z_i]^T，则该点的位置矢量绕Z轴与YOZ平面顺时针方向的夹角α为：

令位置矢量P_i绕着Z轴顺时针旋转α角之后得到的新的位置矢量为P_i'，则该位置矢量绕X轴与XOZ平面顺时针方向的夹角β为：

再令位置矢量P_i'绕X轴顺时针方向旋转β角得到的位置矢量为P_i”，由于位置矢量P_i”与Z轴共线，因此“313”旋转的γ＝0。

3.根据权利要求2所述的基于图像分割的三维点云离群点剔除方法，其特征在于，步骤(2)中，利用变换矩阵对点云进行位姿变换的方法为：

求得旋转角度α和β，令R_X(θ)，R_Y(θ)，R_Z(θ)分别代表绕X，Y，Z轴顺时针旋转θ的旋转矩阵，点云数据S经过旋转变换ψ₃₁₃得到的新的点云数据为S',则有如下等式：

则新点云S'为：

S'＝ψ₃₁₃S。

4.根据权利要求1所述的基于图像分割的三维点云离群点剔除方法，其特征在于，步骤(3)中，计算图像分辨率的方法包括：

假设三维点云的包围盒长度为L、宽度为W、高度为H，g为一个像素宽度所代表的欧氏距离，透视投影虚拟视图的宽度为P_w、高度为P_h，则有如下公式：

其中像素宽度所代表的欧氏距离g根据下面公式得到：

其中n为三维点云中数据点的数目，λ是一个比例因子，该比例因子的物理含义是三维点云在包围盒中所占空间的比例。

5.根据权利要求4所述的基于图像分割的三维点云离群点剔除方法，其特征在于，比例因子λ∈[0，0.5]。