CN110211040B - 一种基于权值的点云压缩方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于权值的点云压缩方法和装置,通过考虑到点与其邻近域内的点的关系,赋予每个点一权值,权值反应点云的疏密情况,在点密集的地方,权值相对较小,在点稀疏的地方,权值相对较大,压缩掉权值较低的点,从而在压缩度相同时,能够提高保真度,并且提高压缩效率。
Description
技术领域
本申请属于三维点云数据压缩技术领域,尤其是涉及一种基于权值的点云压缩方法和装置。
背景技术
随着三维激光扫描仪数据获取的速度越来越快,单次扫描获取的点云数据可达几十万乃至上百万个点,而利用点云进行曲面重构、三角网格构造或用于评价被测曲面的误差,一般都不需要过密或过多的数据点,特别是在被测曲面的曲率较小处。在重构曲面时,过密的点云不但计算量大,而且可能影响其光顺性。由于过密点云构造的三角面片模型过于巨大,因此存储、处理或显示都将消耗大量的时间和计算机资源。另外,用于误差评价时,点云也不能过密,否则计算量会更大。因此,研究点云的压缩与简化算法对后期的表面重建有重要的意义。
目前,常见的包围盒压缩算法的基本思想如下:首先,求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的包围盒,使每个包围盒中包含一定个数的点云数据,最后选取每个包围盒中最靠近包围盒中心的点来代替整个包围盒中的点。图1显示的是包围盒压缩点云数据的流程,首先显示点云数据的最小包围盒,然后对最小包围盒进行细分,直到每个包围盒中都包含一定数量的点,这里点的个数一般取1≤i≤5。在使用包围盒压缩点云时,一般使用经验公式:
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为解决现有技术中的不足,从而提供一种压缩效率高、保真率高的基于权值的点云压缩方法和装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种基于权值的点云压缩方法,
S1:获取一点云数据;
S2:将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域;
S3:对点云数据中的所有点赋予一个权值,权值反映点云在该区域的采样密度,所述权值通过点的近邻域得出,
S4:设定初始的权阈值为:
S5:舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
S6:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,并重复S5步骤。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩方法,规格化模块中的近邻域由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩方法,规格化模块中的权阈值线性增大。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩方法,每个细分包围盒中包括1-5个点。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩方法,S6步骤中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并重复S5步骤;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云。
本发明还提供一种基于权值的点云压缩装置,
获取模块:用于获取一点云数据;
规格化模块:用于将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域;
初始权阈值设定模块:设定初始的权阈值为:
压缩模块:用于舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
判断模块:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,并返回压缩模块计算压缩率。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩装置,S2步骤中的近邻域由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩装置,S6步骤中的权阈值线性增大。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩装置,每个细分包围盒中包括1-5个点。
优选地,本发明的基于权值的点云压缩装置,判断模块中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并返回压缩模块计算压缩率;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云。
本发明的有益效果是:
本发明的基于权值的点云压缩方法和装置,通过考虑到点与其邻近域内的点的关系,赋予每个点一权值,权值反应点云的疏密情况,在点密集的地方,权值相对较小,在点稀疏的地方,权值相对较大,压缩掉权值较低的点,从而在压缩度相同时,能够提高保真度,并且提高压缩效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是包围盒压缩点云的原理示意图;
图2是实验例1压缩前的点云数据图;
图3是实验例1压缩后的点云数据图;
图4是实验例2压缩前的点云数据图;
图5是实验例2压缩后的点云数据图;
图6是实验例3压缩前的点云数据图;
图7是实验例3压缩后的点云数据图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例
本实施例提供一种基于权值的点云压缩方法,包括:
S1:获取一点云数据;
S2:将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域,近邻域可由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒(原理如图1所示),然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域,每个细分包围盒中包括1-5个点;
S3:对点云数据中的所有点赋予一个权值,权值反映点云在该区域的采样密度,所述权值通过点的近邻域得出,
S4:设定初始的权阈值为:
S5:舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
S6:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,权阈值可以采用线性增大,即以固定的倍数(比如1.5倍、2倍等等)进行增大,也可以是以指数或者其它方式逐渐增大,并重复S5步骤。
作为一种替代的实施方式,为了兼顾保真率,S6步骤中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并重复S5步骤;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云,如此可以以保值率为标准对点云进行压缩导出。
本实施例还提供一种基于权值的点云压缩装置,
获取模块:用于获取一点云数据;
规格化模块:用于将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域,近邻域由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域,每个细分包围盒中包括1-5个点;
初始权阈值设定模块:设定初始的权阈值为:
压缩模块:用于舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
判断模块:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,权阈值可以采用线性增大,即以固定的倍数进行增大,也可以是以指数或者其它方式逐渐增大,并返回压缩模块计算压缩率。
作为一种替代的实施方式,为了兼顾保真率,判断模块中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并返回压缩模块计算压缩率;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云。
实验例1
对非均匀密度的点云压缩情况,如图2和图3所示。该组实验为了测试算法对同一点云对象具备不同局部点云密度的压缩情况。图2所示的原始点云,该点云的特点是:左半边的点云密度要低于右半边的点云密度。设置压缩率为20%,图3显示了根据上述压缩算法,对局部区域密度不同的点云数据的压缩情况,从压缩的结果可以很直观的看出:左半边点云数据密度比较低,所以压缩掉的点云比较少;而右半边的点云密度比较高,所以压缩掉的点云比较多;最终左右点云密度趋于平均。
实验例2
对均匀密度的点云压缩情况,如图4和图5所示。图4是采集密度相对均匀的原始点云。设置压缩率为50%,使用基于权值的压缩方法对其进行压缩。图5显示了压缩后的结果。其密度是趋于均匀的。
实验例3
针对具有尖锐特征的点云的压缩情况,如图6和图7所示。图6是具备尖锐特征的原始点云数据。图7以50%的压缩率压缩后的点云数据,从结果可以看出,一些边特征以及棱角特征有一定程度的破坏,但并未影响点云的保真度。
本实施例的基于权值的点云压缩方法和装置,通过考虑到点与其邻近域内的点的关系,赋予每个点一权值,权值反应点云的疏密情况,在点密集的地方,权值相对较小,在点稀疏的地方,权值相对较大,压缩掉权值较低的点,从而在压缩度相同时,能够提高保真度,并且提高压缩效率。
以上述依据本申请的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
Claims (10)
1.一种基于权值的点云压缩方法,其特征在于,
S1:获取一点云数据;
S2:将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域;
S3:对点云数据中的所有点赋予一个权值,权值反映点云在该近邻域的采样密度,所述权值通过点的近邻域得出,
S4:设定初始的权阈值为:
S5:舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
S6:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,并重复S5步骤。
2.根据权利要求1所述的基于权值的点云压缩方法,其特征在于,S2步骤中的近邻域由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域。
3.根据权利要求1或2所述的基于权值的点云压缩方法,其特征在于,S6步骤中的权阈值线性增大。
4.根据权利要求2所述的基于权值的点云压缩方法,其特征在于,每个细分包围盒中包括1-5个点。
5.根据权利要求1或2所述的基于权值的点云压缩方法,其特征在于,S6步骤中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并重复S5步骤;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云。
6.一种基于权值的点云压缩装置,其特征在于,
获取模块:用于获取一点云数据;
规格化模块:用于将点云数据规格化,将点云数据划分出若干近邻域;
初始权阈值设定模块:设定初始的权阈值为:
(xmax,ymax,zmax)为近邻域的最小和最大点,n是近邻域内点的个数;
压缩模块:用于舍去集中点pi中权值小于权阈值的点,将大于等于权阈值的点保留,计算压缩率;
判断模块:判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率大于等于设定的压缩率,则停止,输出压缩后的点云;
若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,则增大权阈值,并返回压缩模块计算压缩率。
7.根据权利要求6所述的基于权值的点云压缩装置,其特征在于,规格化模块中的近邻域由包围盒法取得,先求取点云数据的最小包围盒,然后把最小包围盒划分成若干大小相等的细分包围盒,使每个细分包围盒中包含一定个数的点云数据,每个细分包围盒即为一近邻域。
8.根据权利要求6或7所述的基于权值的点云压缩装置,其特征在于,判断模块中的权阈值线性增大。
9.根据权利要求6所述的基于权值的点云压缩装置,其特征在于,每个细分包围盒中包括1-5个点。
10.根据权利要求6或7所述的基于权值的点云压缩装置,其特征在于,判断模块中还计算保真率,判断计算得到的压缩率与设定的压缩率的大小,若计算得到的压缩率小于设定的压缩率,且保真率大于设定的保真率,则增大权阈值,并返回压缩模块计算压缩率;
若计算得到的保真率小于设定的保真率,则停止,输出以前一次权阈值进行压缩后的点云。
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