CN106033653A - 一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法。该方法包括：通过三维地面激光扫描仪对室内场景进行多个站点的激光点云采集；对所述多个站点的激光点云进行数据拼接，以形成处于同一坐标系的整体点云；对所述整体点云进行均匀化抽稀，以形成X、Y、Z方向激光点分布均匀的激光点云；对抽稀后的激光点云进行平面拓展分割，以形成室内环境各主要结构面的激光点云分割片；根据所述激光点云分割片的空间特征进行特征提取；以及组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。本发明利用三维激光扫描技术通过提供扫描物体表面的三维点云数据来获取高精度高分辨率的三维室内地图的模型。

Description

一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法

技术领域

本发明涉及打印机领域，具体地，涉及一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法。

背景技术

三维激光扫描仪作为一种新型的快速、高精度、高密度测量技术装备，因其可以快速获取物体表面高精度、高密度空间位置点而很快成为一种三维测量和检测的高技术装备。该设备与传统的全站仪相比，其应用上的优势主要体现在对复杂物体表面几何形态信息的快速、全面、准确的获取。与传统全站仪等测量手段一次获取一个物体表面的离散抽样特征点不同的是，扫描仪一次扫描作业，大约3～5分钟，即可获取物体表面数以千万计的空间位置点，这些点在一些专业数据处理软件的辅助下，很容易就提取出物体表面高精度的复杂几何形态特征。

三维激光扫描仪已经成功在多个领域中被广泛地应用。本发明期望开发三维激光扫描技术在更宽范围内的应用，例如三维室内地图，通过提供扫描物体表面的三维点云数据来获取高精度高分辨率的三维室内地图的模型。

发明内容

本发明提供一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法，其包括：通过三维地面激光扫描仪对室内场景进行多个站点的激光点云采集；对所述多个站点的激光点云进行数据拼接，以形成处于同一坐标系的整体点云；对所述整体点云进行均匀化抽稀，以形成X、Y、Z方向激光点分布均匀的激光点云；对抽稀后的激光点云进行平面拓展分割，以形成室内环境各主要结构面的激光点云分割片；根据所述激光点云分割片的空间特征进行特征提取；以及组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。

优选地，所述数据拼接使用特征点拼接算法或特征面拼接算法。

优选地，所述均匀化抽稀包括：根据点云的最小包围盒范围建立预定尺寸的八叉树；将点云按照空间坐标分配到八叉树每一最小单元立方体中；选择每一最小立方体中点云的几何中心作为该立方体的抽稀后激光点；将所有抽稀后激光点组合为抽稀后的激光点云。

优选地，所述特征提取包括计算每一分割片的几何中心、最小外接多边形的面积和坡度。

优选地，所述几何中心处于场景最底部、所述面积大于第一预定面积且所述坡度小于第一预定坡度的面片标示为地面特征；其中，所述面积大于第二预定面积、所述坡度大于第二预定坡度、且与地面特征有相交关系的面片标示为墙体特征。

优选地，所述第一预定坡度为3度，和/或所述第二预定坡度为88度。

优选地，所述第一预定面积等于所述第二预定面积，且均等于5平方米。

优选地，所述拟合地面特征与墙体特征的几何参数包括：合并所有地面特征分割片；对合并后的分割片进行最小外接多边形拟合；按照共面性合并墙体特征分割片；对每一合并的墙体分割片进行最小外接矩形拟合；以及组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。

本发明利用三维激光扫描技术通过提供扫描物体表面的三维点云数据来获取高精度高分辨率的三维室内地图的模型。

在发明内容中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明一个实施例的基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的图1中步骤103的具体步骤的流程图；以及

图3为根据本发明一个实施例的图1中步骤106的具体步骤的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅涉及本发明的较佳实施例，本发明可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

本发明提供了一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法。图1为根据本发明一个实施例的基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法的流程图。如图1所示：

执行步骤101，通过三维地面激光扫描仪对室内场景进行多站次的激光点云采集。扫描站点的设置应满足无死角且站点数量最少的原则。每一站点云至少应保证预定值a(例如10厘米)的点分辨率。

执行步骤102，对多个站点的激光点云进行数据拼接，从而形成处于同一坐标系的整体点云。数据拼接可使用特征点拼接算法或特征面拼接算法。

执行步骤103，对整体点云进行均匀化抽稀，形成X、Y、Z方向激光点分布均匀的点云。在一个实施例中，该步骤具体包括，如图2所示：

首先，执行步骤1301，根据点云的最小包围盒范围建立预定尺寸b(例如1米)的八叉树；

接着，执行步骤1302，将点云按照空间坐标分配到八叉树每一最小单元立方体中；

然后，执行步骤1303，选择每一最小立方体中点云的几何中心作为该立方体的抽稀后激光点；

最后，执行步骤1304，将所有抽稀后激光点组合为抽稀后的激光点云。

返回参见图1，执行步骤104，对抽稀后激光点云进行平面拓展分割，形成室内环境各主要结构面的激光点云分割片。

执行步骤105，根据激光点云分割片的空间特征进行特征提取。在一个实施例中，该步骤具体包括计算每一分割片的几何中心、最小外接多边形的面积、坡度。其中，将满足：几何中心处于场景最底部、面积大于第一预定面积c(例如5平方米)、坡度小于第一预定坡度d(例如3度)的面片标示为地面特征；其中，将满足：面积大于第二预定面积e(例如5平方米)、坡度大于第二预定坡度f(例如88度)、与地面特征有相交关系的面片标示为墙体特征。

执行步骤106，拟合地面特征与墙体特征的几何参数，形成室内三维地图。在一个实施例中，该步骤具体包括，如图3所示：

首先，执行步骤1061，合并所有地面特征分割片；

接着，执行步骤1062，对合并后的分割片进行最小外接多边形拟合；

然后，执行步骤1063，按照共面性合并墙体特征分割片；

接着，执行步骤1064，对每一合并的墙体分割片进行最小外接矩形拟合；

最后，执行步骤1065，组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。

本发明利用三维激光扫描技术通过提供扫描物体表面的三维点云数据来获取高精度高分辨率的三维室内地图的模型。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (8)

1.一种基于地面激光扫描的三维室内地图制作方法，其包括：

通过三维地面激光扫描仪对室内场景进行多个站点的激光点云采集；

对所述多个站点的激光点云进行数据拼接，以形成处于同一坐标系的整体点云；

对所述整体点云进行均匀化抽稀，以形成X、Y、Z方向激光点分布均匀的激光点云；

对抽稀后的激光点云进行平面拓展分割，以形成室内环境各主要结构面的激光点云分割片；

根据所述激光点云分割片的空间特征进行特征提取；以及

组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据拼接使用特征点拼接算法或特征面拼接算法。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均匀化抽稀包括：

根据点云的最小包围盒范围建立预定尺寸的八叉树；

将点云按照空间坐标分配到八叉树每一最小单元立方体中；

选择每一最小立方体中点云的几何中心作为该立方体的抽稀后激光点；

将所有抽稀后激光点组合为抽稀后的激光点云。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征提取包括计算每一分割片的几何中心、最小外接多边形的面积和坡度。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述几何中心处于场景最底部、所述面积大于第一预定面积且所述坡度小于第一预定坡度的面片标示为地面特征；其中，所述面积大于第二预定面积、所述坡度大于第二预定坡度、且与地面特征有相交关系的面片标示为墙体特征。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预定坡度为3度，和/或所述第二预定坡度为88度。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预定面积等于所述第二预定面积，且均等于5平方米。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合地面特征与墙体特征的几何参数包括：

合并所有地面特征分割片；

对合并后的分割片进行最小外接多边形拟合；

按照共面性合并墙体特征分割片；

对每一合并的墙体分割片进行最小外接矩形拟合；以及

组合地面的最小外接多边形与墙体的最小外接矩形，形成室内三维地图。