CN105678753B - 一种物体分割方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种物体分割方法，该方法包括：获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。本发明实施例提供的物体分割方法，通过加入用户的参与行为，提高了物体的分割速度以及精度。

Description

一种物体分割方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及计算机图形学和模式识别相结合的交叉学科技术领域，尤其涉及一种物体分割方法及装置。

背景技术

从点云场景中提取物体对象一直都是计算机图形学和模式识别的一个重要研究领域。随着三维激光扫描仪成本的降低和激光扫描测量技术在空间信息获取方面的迅速发展，使得快速获取室外复杂场景的三维点云数据成为可能。

但是通过激光扫描技术获取的三维点云数据具有海量的特点，需要对点云数据进行形状特征选取与分割。通常我们所获得的三维室外场景的点云数据都包含不同类型的物体，诸如大型建筑物、树、地面、自行车、站牌、电线杆等，此外还会存在大量由于复杂物体的不规则反射所带来的噪声，因此如何从三维场景的点云数据中分割或提取出有意义的部分则成为关键的一步。分割就是将具有相同形状属性或者形状特征的点聚合在一起，或者是将点云数据分解成各个连通的小区域，这些区域必须是有意义的，且每个区域都对应着完整的物体。现有的物体分割方法是：通过特定算法自动完成对点云数据的分割，或者手工选择点云数据上属于特定物体的全部点。通过特定算法自动完成对点云数据的分割方法，存在一定的误检和漏检；通过手工选择点云数据上属于特定物体的全部点的方法，费时费力，效率低且精度不高。

因此，基于点云数据的物体分割方法有待进一步提高，以提高分割速度与精度。

发明内容

本发明提供一种物体分割方法及装置，以提高分割速度与精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种物体分割方法，该方法包括：

获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；

基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；

根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

第二方面，本发明实施例还提供了一种物体分割装置，该装置包括：

第一获取模块，用于获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；

第二获取模块，用于基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；

扩展模块，用于根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

本发明实施例提供了一种物体分割方法，首先获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息，然后基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，并根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，通过加入用户的参与行为，提高了物体的分割速度以及精度。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种物体分割方法流程示意图；

图2是本发明实施例二中的一种物体分割方法流程示意图；

图3是本发明实施例三中的一种物体分割方法流程示意图；

图4是本发明实施例四中的一种物体分割方法流程示意图；

图5是本发明实施例五中的一种物体分割装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种物体分割方法流程示意图，本实施例可适用于从海量的点云数据中分割出目标物体的情况，该方法可以由物体分割装置来执行，该装置可以采用硬件和/或软件的形式实现。

该方法具体包括如下：

S110、获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息。

在对点云进行目标物体分割之前，需要预先建立点云索引单元格，并记录所述单元格内是否有点云点存在，并将所述点云点记录下来，目的是为了快速地从大量的点云数据中分割出属于目标物体的点云点。所述点云索引单元格是在点云坐标系下按照一定的长、宽、高划分的一系列立方体，在对目标物体进行分割时，以所述单元格为单位判断所述单元格内的点云点是否属于目标物体。

S120、基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格。

当将采集到的道路激光点云数据导入电脑上后，用户可以很明显地识别出目标物体的点云数据，用户通过在所述点云数据上点击目标物体的某一特定位置，当系统接收到用户的点击行为后，根据二维数据与三维数据之间的空间位置关系，把用户点击的目标物体的位置转换为点云坐标系下的一条射线，根据所述射线获取目标物体的初始点云索引单元格。其中，所述用户点击的目标物体的位置可能是对应一个点云数据也可能是多个点云数据。

S130、根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

在点云坐标系下，以所述初始点云索引单元格为起始点，按照一定的算法分别在z轴方向和x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

本发明实施例提供了一种物体分割方案，首先获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息，然后基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，并根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，通过加入用户的参与行为，大大提高了物体的分割速度以及精度。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种物体分割方法流程示意图。本实施例的技术方案以上述实施例为基础，进一步的，对所述点云索引单元格的建立，以及所述单元格内的点云信息的记录操作进行了优化，这样优化的好处是有利于提高目标物体的分割速度，参见图2，该方法具体包括：

S210、在点云坐标系下，沿x轴方向和y轴方向分割出第一设定数量的边长为第一设定长度的正方形网格。

优选的，所述第一设定长度可以为1米。第一设定数量可以根据目标物体的点云数据的分布情况确定，以将目标物体的所有x轴方向和y轴方向的点云数据都划分到所述正方形网格中为准。

S220、沿z轴方向以第二设定长度为单位分割出第二设定数量的单元格。

优选的，所述第二设定长度可以为0.5米。所述第二设定数量可以根据目标物体的点云数据的分布情况确定，以将目标物体的所有z轴方向的点云数据都划分到所述单元格中为准。

S230、统计各长和宽均为第一设定长度、高为第二设定长度的立方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

上述操作中，优选的，所述点云索引单元格可以为1米*1米*0.5米的立方体。

S240、基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格。

S250、根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

本发明实施例提供了一种物体分割方案，在实施例一的基础上，通过在点云坐标系下，将划分的一系列长和宽均为第一设定长度、高为第二设定长度的立方体作为索引单元格，然后基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，并根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，大大提高了物体的分割速度。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种物体分割方法流程示意图。本实施例的技术方案以上述实施例为基础，进一步的，对所述点云索引单元格的建立，以及所述单元格内的点云信息的记录操作继续进行优化，这样优化的好处是有利于快速且准确地将目标物体分割出来，参见图3，该方法具体包括：

S310、在点云坐标系下，沿x轴方向和y轴方向分割出第一设定数量的边长为第一设定长度的正方形网格。

S320、将所述边长为第一设定长度的正方形网格细分割为第三设定数量的边长为第三设定长度的正方形细粒度网格。

优选的，将所述边长为第一设定长度的正方形网格细分割为8*8个正方形细粒度网格，当所述第一设定长度为1米时，相应地，所述第三设定长度为1/8米。

S330、沿z轴方向以第二设定长度为单位分割出第二设定数量的单元格。

S340、统计各长和宽均为第三设定长度、高为第二设定长度的立方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

上述操作中，优选的，所述点云索引单元格可以为1/8米*1/8米*0.5米的立方体。这样分割的目的是使点云索引单元格变的更小，更能精确地分割出哪些点云点是属于目标物体的，哪些点云点是不属于目标物体的，提高了物体的分割精度。

S350、基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格。

S360、根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

优选的，上述操作可以为：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格；

在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格。

示例性地，以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格，包括：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格，统计沿z轴方向与所述起始点单元格相邻且包含点云点的单元格，并将所述单元格记入集合S中，以新记入集合S中的单元格为起始点单元格，重复上述统计操作，直至z轴方向上不存在与当前起始点单元格相邻且包含点云点的单元格。

在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格，包括：

对于集合S中的每一组位于同一个x-y网格中的单元格，分别统计在x轴方向、y轴方向上与所述单元格相邻且包含了目标物体的点云点的单元格，并将统计的单元格记入集合S’中，其中，所述x-y网格可以指步骤S320中的边长为第三设定长度的正方形细粒度网格，或者也可以是指步骤S310中的边长为第一设定长度的正方形网格。

分别以S’中的单元格为起始点单元格，重复执行在z轴方向上的扩展操作，并将统计得到的单元格记入集合S’中；

判断集合S’中的单元格在z轴方向上的高度是否大于所述初始点云索引单元格的高度，若是，则将集合S’中的元素加入集合S，对集合S中的单元格重复执行在x-y轴方向扩展的操作，直至集合S不再发生变化。

当集合S不再发生变化时，集合S中包含了目标物体的所有点云点。

本发明实施例提供了一种物体分割方案，在上述各实施例的基础上，通过在点云坐标系下，将划分的一系列长和宽均为第三设定长度、高为第二设定长度的立方体作为索引单元格，然后基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，并根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，进一步提高了物体的分割精度。

实施例四

图4为本发明实施例提供的一种物体分割方法流程示意图。本实施例的技术方案以上述实施例为基础，进一步的，对基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格的操作进行了优化，这样优化的好处是，能够更加快速地将目标物体分割出来。参见图4，该方法具体包括：

S410、获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息。

S420、接收在点云上点击目标物体的设定位置的点击信号，其中所述设定位置为目标物体的形心以下的位置。

S430、根据所述点击信号，将所述设定位置转换为点云坐标系下的一条射线。

S440、将所述射线与所述单元格进行求交运算，并记录各交点。

S450、统计所述交点所在的单元格中包含点云点的单元格。

S460、将所述包含点云点的单元格中距离当前视点最近的单元格作为目标物体的初始点云索引单元格。

S470、根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

本发明实施例提供了一种物体分割方案，在上述实施例的基础上，通过用户在点云上点击目标物体的设定位置的点击信号，根据所述点击信号，将所述设定位置转换为点云坐标系下的一条射线，并将所述射线与所述单元格进行求交运算，并记录各交点，统计所述交点所在的单元格中包含点云点的单元格，将所述包含点云点的单元格中距离当前视点最近的单元格作为目标物体的初始点云索引单元格，通过用户的参与行为确定目标物体的初始点云索引单元格，大大提高了物体的分割速度以及精度。

实施例五

图5所示为本发明实施例五提供的一种物体分割装置的结构示意图，如图5所示，该装置具体包括：第一获取模块510、第二获取模块520和扩展模块530。

其中，第一获取模块510，用于获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；第二获取模块520，用于基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；扩展模块530，用于根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格。

示例性的，第一获取模块510可以包括：第一分割单元、第二分割单元和第一统计单元。

其中，第一分割单元，用于在点云坐标系下，沿x轴方向和y轴方向分割出第一设定数量的边长为第一设定长度的正方形网格；第二分割单元，用于沿z轴方向以第二设定长度为单位分割出第二设定数量的单元格；第一统计单元，统计各长和宽均为第一设定长度、高为第二设定长度的立方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

在上述方案的基础上，示例性的，第一获取模块510还可以包括：第三分割单元和第二统计单元。

其中，第三分割单元，用于将所述边长为第一设定长度的正方形网格细分割为第三设定数量的边长为第三设定长度的正方形细粒度网格；第二统计单元，用于统计各长和宽均为第三设定长度、高为第二设定长度的立方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

优选的，第二获取模块520可以包括：接收单元、转换单元、运算单元、第三统计单元和确定单元。

其中，接收单元，用于接收在点云上点击目标物体的设定位置的点击信号，其中所述设定位置为目标物体的形心以下的位置；转换单元，用于根据所述点击信号，将所述设定位置转换为点云坐标系下的一条射线；运算单元，用于将所述射线与所述单元格进行求交运算，并记录各交点；第三统计单元，用于统计所述交点所在的单元格中包含点云点的单元格；确定单元，用于将所述包含点云点的单元格中距离当前视点最近的单元格作为目标物体的初始点云索引单元格。

在上述方案的基础上，示例性的，扩展模块530可以包括：第一扩展单元和第二扩展单元。

其中，第一扩展单元，用于以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格；第二扩展单元，用于在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格。

优选的，所述第一扩展单元具体可以用于：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格，统计沿z轴方向与所述起始点单元格相邻且包含点云点的单元格，并将所述单元格记入集合S中，以新记入集合S中的单元格为起始点单元格，重复上述统计操作，直至z轴方向上不存在与当前起始点单元格相邻且包含点云点的单元格。

在上述方案的基础上，示例性的，所述第二扩展单元可以包括：统计子单元、扩展子单元和判断子单元。

其中，统计子单元，用于对于集合S中的每一组位于同一个x-y网格中的单元格，分别统计在x轴方向、y轴方向上与所述单元格相邻且包含了目标物体的点云点的单元格，并将统计的单元格记入集合S’中；扩展子单元，用于分别以S’中的单元格为起始点单元格，重复执行在z轴方向上的扩展操作，并将统计得到的单元格记入集合S’中；判断子单元，用于判断集合S’中的单元格在z轴方向上的高度是否大于所述的初始点云索引单元格的高度，若是，则将集合S’中的元素加入集合S，对集合S中的单元格重复执行在x-y轴方向扩展的操作，直至集合S不再发生变化。

本发明实施例提供了一种物体分割装置，首先获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息，然后基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，并根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，通过加入用户的参与行为，提高了物体的分割速度以及精度。

上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (12)

1.一种物体分割方法，其特征在于，包括：

获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；

基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；

根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格；

其中，基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格，包括：

接收在点云上点击目标物体的设定位置的点击信号，其中所述设定位置为目标物体的形心以下的位置；

根据所述点击信号，将所述设定位置转换为点云坐标系下的一条射线；

将所述射线与所述单元格进行求交运算，并记录各交点；

统计所述交点所在的单元格中包含点云点的单元格；

将所述包含点云点的单元格中距离当前视点最近的单元格作为目标物体的初始点云索引单元格。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点云索引单元格的建立，以及所述单元格内的点云信息的记录，具体包括：

在点云坐标系下，沿x轴方向和y轴方向分割出第一设定数量的边长为第一设定长度的正方形网格；

沿z轴方向以第二设定长度为单位分割出第二设定数量的单元格；

统计各长和宽均为第一设定长度、高为第二设定长度的长方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述边长为第一设定长度的正方形网格细分割为第三设定数量的边长为第三设定长度的正方形细粒度网格；

统计各长和宽均为第三设定长度、高为第二设定长度的长方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格，具体包括：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格；

在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格，包括：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格，统计沿z轴方向与所述起始点单元格相邻且包含点云点的单元格，并将所述单元格记入集合S中，以新记入集合S中的单元格为起始点单元格，重复上述统计操作，直至z轴方向上不存在与当前起始点单元格相邻且包含点云点的单元格。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格，包括：

对于集合S中的每一组位于同一个x-y网格中的单元格，分别统计在x轴方向、y轴方向上与所述单元格相邻且包含了目标物体的点云点的单元格，并将统计的单元格记入集合S’中；

分别以S’中的单元格为起始点单元格，重复执行在z轴方向上的扩展操作，并将统计得到的单元格记入集合S’中；

判断集合S’中的单元格在z轴方向上的高度是否大于所述初始点云索引单元格的高度，若是，则将集合S’中的元素加入集合S，对集合S中的单元格重复执行在x-y轴方向扩展的操作，直至集合S不再发生变化。

7.一种物体分割装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取预先建立的点云索引单元格以及记录的所述单元格内的点云信息；

第二获取模块，用于基于获取到的点击行为获取目标物体的初始点云索引单元格；

扩展模块，用于根据所述初始点云索引单元格扩展得到包含目标物体点云点的所有单元格；

其中，所述第二获取模块包括：

接收单元，用于接收在点云上点击目标物体的设定位置的点击信号，其中所述设定位置为目标物体的形心以下的位置；

转换单元，用于根据所述点击信号，将所述设定位置转换为点云坐标系下的一条射线；

运算单元，用于将所述射线与所述单元格进行求交运算，并记录各交点；

第三统计单元，用于统计所述交点所在的单元格中包含点云点的单元格；

确定单元，用于将所述包含点云点的单元格中距离当前视点最近的单元格作为目标物体的初始点云索引单元格。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一分割单元，用于在点云坐标系下，沿x轴方向和y轴方向分割出第一设定数量的边长为第一设定长度的正方形网格；

第二分割单元，用于沿z轴方向以第二设定长度为单位分割出第二设定数量的单元格；

第一统计单元，统计各长和宽均为第一设定长度、高为第二设定长度的长方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

第三分割单元，用于将所述边长为第一设定长度的正方形网格细分割为第三设定数量的边长为第三设定长度的正方形细粒度网格；

第二统计单元，用于统计各长和宽均为第三设定长度、高为第二设定长度的长方体单元格作为点云索引单元格，并记录各索引单元格内的点云点。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述扩展模块包括：

第一扩展单元，用于以所述初始点云索引单元格为起始点单元格在z轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格；

第二扩展单元，用于在x-y轴方向扩展得到包含目标物体点云点的单元格。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一扩展单元具体用于：

以所述初始点云索引单元格为起始点单元格，统计沿z轴方向与所述起始点单元格相邻且包含点云点的单元格，并将所述单元格记入集合S中，以新记入集合S中的单元格为起始点单元格，重复上述统计操作，直至z轴方向上不存在与当前起始点单元格相邻且包含点云点的单元格。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二扩展单元包括：

统计子单元，用于对于集合S中的每一组位于同一个x-y网格中的单元格，分别统计在x轴方向、y轴方向上与所述单元格相邻且包含了目标物体的点云点的单元格，并将统计的单元格记入集合S’中；

扩展子单元，用于分别以S’中的单元格为起始点单元格，重复执行在z轴方向上的扩展操作，并将统计得到的单元格记入集合S’中；

判断子单元，用于判断集合S’中的单元格在z轴方向上的高度是否大于所述的初始点云索引单元格的高度，若是，则将集合S’中的元素加入集合S，对集合S中的单元格重复执行在x-y轴方向扩展的操作，直至集合S不再发生变化。