1.一种基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,所述方法包括:以点云数据的三维坐标数据为初始值,将所述点云数据的坐标信息投影到z轴,计算z坐标概率密度函数;
根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点;
对每个所述局部极值点,经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面;根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面;
将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上,进而计算该横截面的边界点;
根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线,并根据拟合的边界曲线进行重新采样,得到重采样边界点;
对所有相邻横截面上的所述重采样边界点进行连接,从而得到重建后的表面网格。
2.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,“根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点”的步骤包括:按照下式对概率密度进行修正:
p'=corrp*p
其中,
max(z)表示z轴投影的最大值,min(z)表示z轴投影的最小值,max(p)表示概率密度p的最大值;
按照下式计算z轴投影上离散点的曲率:
其中,
△fk(t)=f(t+k△t)-f(t+(k-1)△t)c(t)为计算出的曲率值,f(t)为函数,k=1,2,3,△t为函数f(t)的参数t的单位步长,符号“×”表示叉积,符号“·”表示点乘,符号“|| ||”表示模长;
在z轴投影上的离散点中选取所述曲率值大于曲率阈值的点作为待定极值点;
在相邻的所述待定极值点中选择曲率值最大的点,得到局部极值点。
3.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,“根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面”的步骤包括:按照下式计算每对相邻的所述局部极值点之间的分割步长:在每对相邻的所述局部极值点之间,根据对应的所述分割步长进行等间距分割,从而得到多个垂直于z轴的横截面;
其中,LEzi和LEzi+1分别为第i个和第i+1个局部极值点的高度,且第i个和第i+1个局部极值点为两个相邻的局部极值点,i=1,2,…,m,m为所述局部极值点的个数;△z为点云高度,L为所述预设的分割层数。
4.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,“将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上,进而计算该横截面的边界点”的步骤包括:按照下式计算所述点云数据的点间平均距离:
其中,
ρ为点云在高度方向上的密度,N为所述点云数据中点的个数,S为点云在大地坐标水平方向上的投影面积;△z为点云高度;
将每个横截面上、下特定距离范围内的点投影到该横截面上,其中,所述特定距离为εz/
2;
对每个横截面上的点云数据,采用二维平面边界轮廓的alpha-shape算法计算出该横截面的边界点。
5.根据权利要求4所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,“根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线,并根据拟合的边界曲线进行重新采样,得到重采样边界点”的步骤包括:对每个横截面,根据计算出的边界点进行三次贝塞尔曲线拟合,得到拟合后的边界曲线方程;
按照下式计算横截面的重心坐标:
其中, 为所述重心坐标;pj为计算出的该横截面的边界点,j为边界点的序号,j=
1,…,r,r为计算出的该横截面边界点的个数;
从x正半轴开始,以横截面的所述重心坐标为起点,以2π/K为角度间隔步长建立射线,求出每一条射线与拟合后的边界曲线的交点,得到所述重采样边界点,其中,K为预设的重采样边界点个数。
6.根据权利要求1所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,“对所有相邻横截面上的所述重采样边界点进行连接,从而得到重建后的表面网格”的步骤包括:将相邻两层横截面中序号对应且位置相邻的重采样点以四个点为一组,作为空间四边形的四个顶点,连接所有的空间四边形,从而得到重建后的表面网格。
7.根据权利要求2所述的基于点云数据的表面网格重建方法,其特征在于,所述曲率阈值为0.03。
8.一种基于点云数据的表面网格重建系统,其特征在于,所述系统包括:概率密度函数计算模块,用于以点云数据的三维坐标数据为初始值,将所述点云数据的坐标信息投影到z轴,计算z坐标概率密度函数;
极值点计算模块,用于根据所述z坐标概率密度函数,计算出所述z坐标概率密度函数的曲率局部极值点;
分割模块,用于对每个所述局部极值点,经过该点并垂直于z轴画出一个平面作为一个横截面;根据预设的分割层数,在所述局部极值点之间进行分割,得到多个垂直于z轴的横截面;
边界点计算模块,用于将每个横截面上、下特定距离范围内的点均投影到该横截面上,进而计算该横截面的边界点;
拟合与重采样模块,用于根据计算出的边界点拟合对应横截面的边界曲线,并根据拟合的边界曲线进行重新采样,得到重采样边界点;
表面网格重建模块,用于对所有相邻横截面上的所述重采样边界点进行连接,从而得到重建后的表面网格。
9.一种存储设备,其中包括存储器,所述存储器适于存储程序,其特征在于,所述程序适于由处理器加载并执行,以实现权利要求1-7中任一项所述的基于点云数据的表面网格重建方法。
10.一种处理设备,包括:
处理器,适于加载程序;
存储器,适于存储所述程序;
其特征在于,所述程序适于由所述处理器加载并执行,以实现权利要求1-7中任一项所述的基于点云数据的表面网格重建方法。