[发明专利]一种基于半边排序法的三维孔洞补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于半边排序法的三维孔洞补偿方法，包括：采集点云数据，对点云数据进行预处理；其中，预处理包括降采样和滤波；将预处理后的点云数据通过法线投影到二维平面后进行三角剖分，得到平面内各点的拓扑关系，并确定各原始三维点的拓扑连接，得到半边结构的点云网格；判别点云网格中的空洞，依次获取组成孔洞的所有边界边，对所得的边界边进行排序；对排序的孔洞所有边界边集合，取角度最小两个半边，增加新的半边和三角片，依次迭代直到孔洞修补完成。本发明能够根据孔洞边界边的数量对孔洞进行选择性填补，通过对孔洞周围半边的迭代插边，保持了孔洞曲面的完整性和平滑性，具有复原度高、鲁棒性强的特点。

技术领域

本发明涉及点云图像修复技术领域，具体涉及一种基于半边排序法的三维孔洞补偿方法。

背景技术

三维点云模型广泛运用于测绘、文物古迹保护和逆向工程建模等领域。在测绘领域中，经纬仪测绘法工作量大且精度较低，一般运用精度更高的激光扫描仪来获取三维数据。由于采集的过程存在数据丢失、实物引进等原因，点云模型会出现表面缺失和孔洞；这会对点云图像的识别、体积测算的精度造成较大影响，如何完整且准确的获取三维点云模型一直是图像处理领域的研究热点。因此，在将生成的点云模型运用到实际应用中，研究一种孔洞补偿方法对模型进行修补十分必要。

近年来，孔洞补偿算法出现很多不同方法的修补方式，主要有切片法、模板法、网格曲面法等等。切片法是以确定的一个方向进行切片，使得修补的结果存在不确定性和偶然性，鲁棒性不高。模板法对于复杂程度较低的孔洞曲面，修补效果较好；但对于孔洞区域具有多种曲面的情况，修补效果不太理想。网格曲面法大多在构造新的三角面片时仅采用原有的孔洞边缘顶点进行三角剖分，没有加入新的三角面片，因此很难获得适应性很好的三角修补面，造成修补效果不佳、难以保持孔洞边缘尖锐特征的现象。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于半边排序法的三维孔洞补偿方法，其具有修补孔洞效率高、还原度高的优点。

本发明公开了一种基于半边排序法的三维孔洞补偿方法，包括：

步骤1、采集点云数据，对所述点云数据进行预处理；其中，所述预处理包括降采样和滤波；

步骤2、将预处理后的点云数据通过法线投影到二维平面后进行三角剖分，得到平面内各点的拓扑关系，并确定各原始三维点的拓扑连接，得到半边结构的点云网格；

步骤3、判别所述点云网格中的空洞，依次获取组成孔洞的所有边界边，对所得的边界边进行排序；

步骤4、对排序的孔洞所有边界边集合，取角度最小两个半边，增加新的半边和三角片，依次迭代直到孔洞修补完成。

作为本发明的进一步改进，所述步骤1，具体包括：

步骤11、通过激光扫描仪采集扫描后的点云数据模型，采用Statistical OutlierRemoval滤波器对所述点云数据模型的离散点进行滤波；

步骤12、采用VoxelGrid滤波器对滤波后的点云数据进行降采样，对输入的数据创建一个体素大小为lenth_t三维体素栅格，将体素中所有点的重心来显示体素内其他所有的点。

作为本发明的进一步改进，在步骤11中，所述滤波的方法包括：

对点云数据模型中每个点的邻域做一个统计分布，计算每个点到其所有邻近点的平均距离，若其平均距离在标准范围lenth_g以外，则移除该离散点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2，具体包括：

步骤21、将预处理后的点云数据通过法线投影到二维平面，在二维平面内对投影的点云数据基于Delaunay的三角剖分；