r>[0050] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法，包括如下步 驟：
[0051] S101，獲取目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0052] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)由三維激光掃描儀或影像采集設(shè)備獲取， 一般包含點(diǎn)云的三維坐標(biāo)和其它物理特征，例如激光發(fā)射強(qiáng)度、顏色信息、點(diǎn)云的表面法向 里寺D
[0053] 優(yōu)選的，針對(duì)大型物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于三維激光掃描儀和影像采集設(shè)備的 視角所限，需通過(guò)多個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)采集才能得到。在獲取三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，可先對(duì)所述三維 點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、拼接、去雜等預(yù)處理，確保處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)僅保留目標(biāo)物體的本 體信息。
[0054] 優(yōu)選的，若三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集時(shí)所采用的坐標(biāo)系是大地經(jīng)煒度坐標(biāo)系、儀器坐標(biāo) 系、影像坐標(biāo)系等非空間直角坐標(biāo)系的其它坐標(biāo)系，也可先將所述其它坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至空間 直角坐標(biāo)系。
[0055] S102,確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面。
[0056] 優(yōu)選的，所述待構(gòu)建的特征面一般可以選擇在所述目標(biāo)物體的顯著特征處，例如， 建筑物的樓層分層處、立面處、正負(fù)零處，管線(xiàn)、隧道、路基的橫斷面或縱斷面處，或者所述 目標(biāo)物體的任意特定的斜斷面處等，本發(fā)明不做具體的限定。
[0057] 優(yōu)選的，所述指定的不共線(xiàn)的三個(gè)點(diǎn)可以是所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的三個(gè)特征 位置，也可以經(jīng)由設(shè)計(jì)圖、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等獲取三個(gè)不共線(xiàn)的點(diǎn)，并輸入其坐標(biāo)，這些可根據(jù)實(shí) 際的需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不做具體的限定。
[0058] 請(qǐng)一并參閱圖2,在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的不共線(xiàn) 的三個(gè)點(diǎn)確定所述目標(biāo)物體的待構(gòu)建的特征面所在的平面，所述平面的方程為ax+by+cz+d =〇,具體為：
[0059] 首先，獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中指定的不共線(xiàn)的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，分別為 Pi(xl，y"l，Z1)，P2 (X2，y"2，Z2)和 P3 (X3，y"3，Z3) 〇
[0060] 然后，根據(jù)所述不共線(xiàn)的三個(gè)點(diǎn)計(jì)算所述待構(gòu)建的斷面所在的平面，所述平面的 方程為ax+by+cz+d = 0,具體為：
[0061] 由P1點(diǎn)和P 2點(diǎn)的坐標(biāo)確定向量@=(λ·2 --Λ，ζ2 -Z1)，:由P1點(diǎn)和P 3點(diǎn)的 坐標(biāo)確定向量=.(:? -?,? 一Z3 -ζ:1)〗然后，計(jì)算出與向量;^、向量垂直的向量 ? 所述向量為所述平面M的法向量，其中：
所述法向量I垂直于所述平面M內(nèi)的任意一個(gè)向量；最后，由所述平面M內(nèi)的任意一 點(diǎn)P (X，y, z)與P1 (X1, Y1, Z1)確定所述任意一個(gè)向量
則根據(jù) ?χ?^ = 〇,得到所述平面M的方程
并展開(kāi)三階行列式，獲 得所述平面M的方程的另一表達(dá)式ax+by+cz+d = 0的參數(shù)a、b、c、d，其中，a = (Y2I1) (Z3-Z1)-(Y3-Y1) (Z2-Z1), b = (Z2-Z1) (X3-X1)-(Z3-Z1) (X2-X1), c = (X2-X1) (Yfy1)-(X3-X1) (Y2-Y1)，d =-BXfby1-Cz1,所述任意一個(gè)向量可以為
，也可以為
，則所述參數(shù) d = -aXi-by^cZi (i = 1、 2或3)，本發(fā)明不做具體的限定。
[0062] 可以理解的是，由所述不共線(xiàn)的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算所述平面M的方程的方法還有 很多，例如待定系數(shù)法等，本發(fā)明不做具體的限定。
[0063] S103,分別計(jì)算所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)到所述平面的距離。
[0064] 優(yōu)選的，為加快所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理效率，可以以"點(diǎn)號(hào)，x，y，z"的形式形成 陣列，或針對(duì)大型目標(biāo)物體的海量三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，還可以采用分塊存儲(chǔ)和讀取點(diǎn)云的方法， 這些可根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不做具體的限定。
[0065] 在本發(fā)明實(shí)施例中，具體為：
[0066] 首先，獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)Pi (Xi, yi, Zi) (i = 1，2,......η)，其 中，η為所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)的總數(shù)。
[0067] 然后，計(jì)算所述每個(gè)點(diǎn)到所述平面M的距離I1Q = 1，2,......η)，其中，
[0068] 可以理解的是，在三維空間直角坐標(biāo)系中，點(diǎn)P1到所述平面M的距離矢量可以有 正負(fù)值，這表明了它們之間的方向關(guān)系。一般可不考慮方向，直接取絕對(duì)值簡(jiǎn)化運(yùn)算。
[0069] S104,獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到所述平面的距離小于預(yù)設(shè)的閾值的所有點(diǎn)。
[0070] 在本發(fā)明實(shí)施例中，具體為，將所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)到所述平面M的距 離I1Q = 1，2,......η)分別與所述預(yù)設(shè)的閾值ε進(jìn)行對(duì)比判斷，篩選出所述三維點(diǎn)云數(shù) 據(jù)中與所述平面M的距離Ii小于所述閾值ε的所有點(diǎn)P ; (Xi, yi, Zi) (i = 1，2,......m)， m為所述所有點(diǎn)的總數(shù)，其中，所述預(yù)設(shè)的閾值ε可參照所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集時(shí)的點(diǎn)云 間距以及目標(biāo)物體的特征面點(diǎn)位精度要求而確定，點(diǎn)云間距為所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)與點(diǎn) 之間的間距，對(duì)于具有較高精度要求的特征面，所述閾值ε可取為所述點(diǎn)云間距的0.5至 1倍，對(duì)于精度要求不高的，可以適當(dāng)加大倍數(shù)，這些可根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不 做具體的限定。
[0071] S105,獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影點(diǎn)。
[0072] 請(qǐng)一并參閱圖3,在本發(fā)明實(shí)施例中，具體為：
[0073] 首先，計(jì)算所述所有點(diǎn)P1O^y1, Z1) (i = 1，2,......m)到所述平面的投影參數(shù) ?；(? = 1, 2,......m)，其中，m為所述所有點(diǎn)的總數(shù)，具體為：
[0074] 獲得過(guò)點(diǎn)Pi (Xi, Yi, Zi)垂直于所述平面M的向量g4，其中，點(diǎn)Qi(xQi, yQi, zQi) 在所述平面M內(nèi)，然后，根據(jù)所述向量0巧·與所述平面M的法向量;平行，得到方程1為：
h為點(diǎn)P丨(Xi, yi; Zi)的投影參數(shù)；由于點(diǎn)Qi (xQi, yQi, zQi)滿(mǎn) 足所述平面方程，得到方程2為：aXtjl+by(jl+CZ(jl+d = 0,聯(lián)合方程1、2,計(jì)算所述投影參數(shù)h， 其中，
[0075] 然后，將計(jì)算出的所述投影參數(shù)^代入方程1中，計(jì)算出點(diǎn)Μ%，％，％)的坐 標(biāo)，其中，xQi= X i-ati，yQi= y「bti，zQi= z「cti，同理，根據(jù)上述算法，計(jì)算出所述所有 點(diǎn)PiUi，yi，Zi) (i = 1，2,......m)的投影參數(shù)h (i = 1，2,......m)和所述所有投影點(diǎn) Qi(xQi, yQi, zQi) (i = I, 2,......m)的坐標(biāo)。
[0076] S105,根據(jù)所述所有投影點(diǎn)構(gòu)建所述待構(gòu)建的特征面。
[0077] 在發(fā)明實(shí)施例中，所述所有投影點(diǎn)為所述待構(gòu)建的特征面的所有特征點(diǎn)，所述所 有特征點(diǎn)構(gòu)成所述待構(gòu)建的特征面。
[0078] 優(yōu)選的，所述所有特征點(diǎn)可直接向用戶(hù)設(shè)備展示或進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用。為便于直觀顯 示，所述所有特征點(diǎn)還可再轉(zhuǎn)換至其他局部坐標(biāo)系中，例如平面坐標(biāo)系等，這些可根據(jù)實(shí)際 的需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不做具體的限定。
[0079] 優(yōu)選的，針對(duì)某些需要，可采用擬合、平滑等方法對(duì)上述所有特征點(diǎn)生成特征線(xiàn)， 本發(fā)明不做具體的限定。
[0080] 本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)建方法，通過(guò)對(duì)目標(biāo)物體的三維點(diǎn) 云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與篩選，獲取所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中到待構(gòu)建的特征面所在的平面的距離小 于預(yù)設(shè)的閾值的所有點(diǎn)，然后，獲取所述所有點(diǎn)在所述平面上的所有投影點(diǎn)，最后，根據(jù)所 述所有投影點(diǎn)構(gòu)建待構(gòu)建的特征面。此方法簡(jiǎn)明便捷，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)效率高，通用性好的特征 面構(gòu)建。
[0081] 請(qǐng)參閱圖4,圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)件裝置。所述基 于三維點(diǎn)云的特征面構(gòu)件裝置100包括采集模塊110、預(yù)處理模塊120、平面確定模塊130、 距離計(jì)算模塊140、第一獲取模塊150、第二獲取模塊160以及特征面構(gòu)建模塊170,其中：
[0082] 所述采集模塊110,用于獲取目標(biāo)物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
[0083] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)由三維激光掃描儀或影像采集設(shè)備獲取， 一般包含點(diǎn)云的三維坐標(biāo)和其它物理特征，例如激光發(fā)射強(qiáng)度、顏色信息、點(diǎn)云的表面法向 里寺D
[0084] 所述預(yù)處理模塊120,用于對(duì)所述三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并將所述三維點(diǎn)云數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換到同一空間直角坐標(biāo)系中。
[0085] 優(yōu)選的，針對(duì)大型物體的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于三維激光掃描儀和影像采集設(shè)備的 視角所限，需通過(guò)多個(gè)