CN114119904A - 室内路网构建方法、装置和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种室内路网构建方法、装置和存储介质，涉及室内定位导航技术领域，所述方法包括：获取室内空间的点云数据；根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。解决了现有技术中人工测量时费时费力、成本高且时效性差的问题，达到了可以降低室内路网的构建成本，提高时效的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内路网构建方法、装置和存储介质，属于室内定位导航技术领域。
背景技术
随着城市变化突飞猛进，高大的建筑物不断增加，而且越来越多样化，室内导航以及基于位置服务(location-based service，LBS)显得越来越重要。室内是人类活动的主要空间，据研究表明人类87％左右的时间都在室内空间移动，室内路网的构建已成为室内导航及位置服务的关键技术。
目前室内路网自动构建方法根据数据源的不同可以分为二维平面数据和三维模型数据，但是二维平面图和三维模型的获取方式多依赖人工测量、手工制图和手工建模，费时费力、成本高且时效性差，而且室内建筑在其使用周期内持续不断的翻新改造进一步增加了维护室内路网时效性的难度，因此室内场景布局变化后，如何实现路网的自动化快速构建成为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种室内路网构建方法、装置和存储介质，用于解决现有技术中存在的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据第一方面，本发明实施例提供了一种室内路网构建方法，所述方法包括：
获取室内空间的点云数据；
根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；
根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；
根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。
可选的，所述根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像，包括：
根据所述点云数据提取所述室内空间的地面点；
对提取得到的地面点进行栅格化处理，得到所述室内空间的二值化图像；其中，非空栅格对应的像素值为1，空栅格对应的像素值为0。
可选的，所述根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点，包括：
对所述二值化图像进行预处理，所述预处理包括边缘提取、边缘平滑和多边形填充；
根据预处理后的二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点。
可选的，所述根据预处理后的二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线，包括：
确定预处理后的二值化图像中非0像素的像素点类别，所述像素点类别包括内部点、边界点和孤立点；
基于距离变换计算各个内部点与非内部点之间的距离；
根据计算得到的距离对二值化图像再次进行二值化；
若二值化结果中包括非0像素点，则再次执行确定二值化图像中非0像素的像素点类别的步骤；
若二值化结果全部为0，则将上一次二值化结果确定为所述室内空间的路网中轴线。
可选的，根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网，包括：
根据区域生长算法对所述路网中轴线进行生长，得到各个路网节点之间的路网边。
可选的，所述根据区域生长算法对所述路网中轴线进行生长，得到各个路网节点之间的路网边，包括：
根据区域生长算法将所述路网中轴线所占据的像素的像素值设置为1，其他像素的像素值设置为0；
从各个路网节点中选择未访问的路网节点作为起始种子点；
若选择的路网节点的预设范围内存在未访问过的非0像素，则检测非0像素是否为其他路网节点；
若是其他路网节点，则生成选择的路网节点和检测得到的路网节点之间的路网边；将所检测到的非0像素点标记为已访问；
若所述预设范围内不存在未访问的非0像素，则将非0像素标记为已访问并作为新的种子点重复上面的操作，若无法生长到其它未访问的非0像素，则该节点生长完毕。
可选的，所述方法还包括：
如果所有的路网节点都曾被选为起始种子点并生长完毕，则流程结束，确定得到各个路网节点的路网边。
可选的，所述方法还包括：
搜索每条路网边的两个路网节点之间的最短路径；
根据搜索得到的最短路径按照目标距离加密各个路网节点；
根据加密节点更新路网边。
第二方面，提供了一种室内路网构建装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如第一方面所述的方法。
第三方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如第一方面所述的方法。
通过获取室内空间的点云数据；根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。也即可以根据获取到的点云数据自动构建室内空间的路网，解决了现有技术中人工测量时费时费力、成本高且时效性差的问题，达到了可以降低室内路网的构建成本，提高时效的效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的室内路网构建方法的方法流程图；
图2为本发明一个实施例提供的一种室内空间的点云数据的示意图；
图3为本发明一个实施例提供的图2所示的室内空间对应的二值化图像的示意图；
图4为本发明一个实施例提供的提取得到的室内空间的轮廓线的示意图；
图5为本发明一个实施例提供的预处理后的室内空间的二值化图像的示意图；
图6为本发明一个实施例提供的一种可能的路网中轴线的示意图；
图7为本发明一个实施例提供的提取得到的路网节点的一种可能的示意图；
图8为本发明一个实施例提供的生成的路网的一种可能的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的室内路网构建方法的方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101，获取室内空间的点云数据；
可以通过激光雷达设备获取室内空间的点云数据，并且，为了后续计算，在获取到点云数据之后可以对点云数据进行处理。
在本申请的一种可能的实施方式中，本步骤包括：
第一，外业采集数据，利用激光雷达移动设备和3dScaner软件采集室内道路的三维激光点云数据；
第二，内业解算点云，利用3dScaner软件解算点云数据，导出LAS(二进制文件格式)格式点云文件；
第三，坐标系变换，将点云坐标系转换为世界坐标系。
具体的，激光雷达移动设备获取的点云数据Z轴方向与世界坐标系不同，因此需要调整坐标轴的顺序，将点云坐标系的方向(X、Y、Z)调整到世界坐标系方向(Z、X、Y)。
比如，请参考图2，对于包括一条走廊和一个办公室的室内空间，其示出了获取得到的一种可能的点云数据的示意图。
步骤102，根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；
实际实现时，本步骤包括：
第一，根据所述点云数据提取所述室内空间的地面点；
针对室内点云地面高程基本一致的特点，利用直通滤波器进行地面点提取，具体操作为将位于两个高程阈值之间的点提取为地面点。
第二，对提取得到的地面点进行栅格化处理，得到所述室内空间的二值化图像；其中，非空栅格对应的像素值为1，空栅格对应的像素值为0。
设置栅格分辨率，对提取的地面点进行栅格化处理，也即将非空栅格对应的像素值为1，空栅格对应的像素值为0，进而得到室内空间的二值化图像。
比如，请参考图3，其示出了获取得到的图2所示的室内空间所对应的一种可能的二值化图像。
步骤103，根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；
实际实现时，在提取路网中轴线和路网节点之前，可以先对二值化图像进行预处理，也即本步骤可以包括：
第一，对所述二值化图像进行预处理，所述预处理包括边缘提取、边缘平滑和多边形填充；
图像预处理的步骤包括：
(1)，轮廓线提取，通过轮廓线提取方法确定得到二值化图像边界的围绕关系，即确定外边界、孔边界以及他们的层次关系。比如，轮廓线提取结果如图4所示。
(2)，轮廓线平滑，为实现平滑轮廓线边缘的目的，利用多边形逼近轮廓线的方法来平滑边缘。
具体的，首先从轮廓中选取两个距离最远的点确定一条直线，这条直线将轮廓边缘划分为2部分，从每一部分中选取距直线最远的点将这部分边缘划分为2个部分，重复对每一部分边缘进行相同的处理，直至每一部分内的边缘点到直线的距离均小于阈值。
(3)，多边形填充。计算每个轮廓线内部像素面积，设置阈值，保留面积大于阈值的轮廓线，确定外边界、孔边界以及他们的层次关系，先将外边界内部的像素赋值为1，然后将孔边界内部的像素赋值为0，图像预处理结果如图5所示。
第二，根据预处理后的二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点。
具体的，提取路网中轴线的步骤包括：
(1)、确定预处理后的二值化图像中非0像素的像素点类别，所述像素点类别包括内部点、边界点和孤立点；
具体的，确定各个像素的像素点类别的步骤包括：若中心像素为目标像素(值为1)且四邻域都为目标像素，则该点为内部点，若该中心像素为目标像素，四邻域为背景像素(值为0)，则该中心点为孤立点，其他情况则为边界点。
(2)、基于距离变换计算各个内部点与非内部点之间的距离；
基于上述步骤确定得到的各个像素点类别，计算每一个内部点到非内部点的最小距离。
(3)、根据计算得到的距离对二值化图像再次进行二值化；
(4)、若二值化结果中包括非0像素点，则再次执行确定二值化图像中非0像素的像素点类别的步骤；
(5)、若二值化结果全部为0，则将上一次二值化结果确定为所述室内空间的路网中轴线。
在计算得到距离之后，将距离值赋给像素值。具体的，将距离大于1的像素值设为1，小于或等于1的像素值设为0。重复执行以上步骤，直至图像二值化结果全部为0结束，并将上一次的二值化结果确定为路网中轴线。
实际实现时，为保证路网分叉处只有一个像素，利用查表法对提取的中轴线进一步进行细化处理，本实施例在此不再赘述。请参考图6，其示出了本申请提取得到的一种可能的路网中轴线的示意图。
提取路网节点的步骤包括：计算预设范围内的非0像素值的数量，根据计算得到的数量提取路网节点。
本实施例通过计算像素3×3邻域内的非0像素值数量，若邻域有1个非0像素的为路网端点，邻域有3个非空像素为路网分叉点。
实际实现时，在提取得到路网节点之后，可以对提取得到的路网节点去噪。具体的，针对提取的路网节点进行欧式聚类，设置类别内元素数量阈值，若某类别内的元素数量大于阈值，则该类别内的节点为局部密集的节点，将这些节点视为噪声并删除，删除后的节点即为本申请最终提取到的路网节点。
请参考图7，其示出了本申请提取得到的路网节点的一种可能的示意图。
步骤104，根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。
根据区域生长算法对所述路网中轴线进行生长，得到各个路网节点之间的路网边。
具体的，本步骤包括：
(1)、根据区域生长算法将所述路网中轴线所占据的像素的像素值设置为1，其他像素的像素值设置为0；
(2)、从各个路网节点中选择未访问的路网节点作为起始种子点；
(3)、若选择的路网节点的预设范围内存在未访问过的非0像素，则检测非0像素是否为其他路网节点；
(4)、若是其他路网节点，则生成选择的路网节点和检测得到的路网节点之间的路网边；将所检测到的非0像素点标记为已访问。
(5)、若所述预设范围内不存在未访问的非0像素，则将非0像素标记为已访问并作为新的种子点重复上面的操作。
若选择的路网节点的预设范围内均不存在未访问的非0像素，则该路网节点生长完毕，重复执行(2)～(5)的步骤，并在各个路网节点均被访问之后，停止。
(6)、如果所有的路网节点都曾被选为起始种子点并生长完毕，则流程结束，确定得到各个路网节点的路网边。
在得到各个路网节点以及路网节点之间的路网边之后，即可得到室内空间的路网。
需要补充说明的是，在确定的路网边之后，还可以执行如下步骤：
第一，搜索每条路网边的两个路网节点之间的最短路径；
实际实现时，可以通过A*算法搜索每条路网边对应的两个连通路网节点之间的最短路径。
具体的，本步骤包括：
(1)，将开始节点放入开放列表(开始节点的F和G值都视为0)；
(2)，在开放列表中查找具有最小F值的节点，并把查找到的节点作为当前节点；
(3)，把当前节点从开放列表删除，加入到封闭列表；
(4)，对当前节点相邻的每一个节点依次执行以下步骤：①如果该相邻节点不可通行或者该相邻节点已经在封闭列表中，则什么操作也不执行，继续检验下一个节点；②如果该相邻节点不在开放列表中，则将该节点添加到开放列表中，并将该相邻节点的父节点设为当前节点，同时保存该相邻节点的G和F值；③如果该相邻节点在开放列表中，则判断若经由当前节点到达该相邻节点的G值是否小于原来保存的G值，若小于，则将该相邻节点的父节点设为当前节点，并重新设置该相邻节点的G和F值；
(5)，循环结束条件：当终点节点被加入到开放列表作为待检验节点时，表示路径被找到，此时应终止循环；或者当开放列表为空，表明已无可以添加的新节点，而已检验的节点中没有终点节点则意味着路径无法被找到，此时也结束循环；
第二，根据搜索得到的最短路径按照目标距离加密各个路网节点；
基于最短路径加密节点，针对每一条路网边，选取对应的两个路网节点作为起始点和终点，从起始节点开始沿最短路径按照某个距离进行节点加密，直至与终点的距离小于步长。
第三，根据加密节点更新路网边。
删除两个节点对应的边，新的节点和上一个节点构成新的边，目标节点和最后一个节点构成一条新的边。
实际实现时，针对路网端点，该节点只与一个节点相连通，因此也只有一条与之对应的边，通过设置该边对应的距离阈值，将小于阈值的路网端点和对应的边视为噪声删除。
在更新路网边之后，即可得到最终的室内空间的路网。请参考图8，其示出了最终生成的路网的一种可能的示意图。
综上所述，通过获取室内空间的点云数据；根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。也即可以根据获取到的点云数据自动构建室内空间的路网，解决了现有技术中人工测量时费时费力、成本高且时效性差的问题，达到了可以降低室内路网的构建成本，提高时效的效果。
本申请还提供了一种室内路网构建装置，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如上所述的方法。
本申请还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如上所述的方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种室内路网构建方法，其特征在于，所述方法包括：
获取室内空间的点云数据；
根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像；
根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点；
根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述点云数据生成所述室内空间的二值化图像，包括：
根据所述点云数据提取所述室内空间的地面点；
对提取得到的地面点进行栅格化处理，得到所述室内空间的二值化图像；其中，非空栅格对应的像素值为1，空栅格对应的像素值为0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点，包括：
对所述二值化图像进行预处理，所述预处理包括边缘提取、边缘平滑和多边形填充；
根据预处理后的二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线和路网节点。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预处理后的二值化图像提取所述室内空间的路网中轴线，包括：
确定预处理后的二值化图像中非0像素的像素点类别，所述像素点类别包括内部点、边界点和孤立点；
基于距离变换计算各个内部点与非内部点之间的距离；
根据计算得到的距离对二值化图像再次进行二值化；
若二值化结果中包括非0像素点，则再次执行确定二值化图像中非0像素的像素点类别的步骤；
若二值化结果全部为0，则将上一次二值化结果确定为所述室内空间的路网中轴线。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述路网中轴线和所述路网节点，构建所述室内空间的室内路网，包括：
根据区域生长算法对所述路网中轴线进行生长，得到各个路网节点之间的路网边。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据区域生长算法对所述路网中轴线进行生长，得到各个路网节点之间的路网边，包括：
根据区域生长算法将所述路网中轴线所占据的像素的像素值设置为1，其他像素的像素值设置为0；
从各个路网节点中选择未访问的路网节点作为起始种子点；
若选择的路网节点的预设范围内存在未访问过的非0像素，则检测非0像素是否为其他路网节点；
若是其他路网节点，则生成选择的路网节点和检测得到的路网节点之间的路网边；将所检测到的非0像素点标记为已访问；
若所述预设范围内不存在未访问的非0像素，则将非0像素标记为已访问并作为新的种子点重复上面的操作，若无法生长到其它未访问的非0像素，则该节点生长完毕。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所有的路网节点都曾被选为起始种子点并生长完毕，则流程结束，确定得到各个路网节点的路网边。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
搜索每条路网边的两个路网节点之间的最短路径；
根据搜索得到的最短路径按照目标距离加密各个路网节点；
根据加密节点更新路网边。
9.一种室内路网构建装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器，所述存储器中存储有至少一条程序指令，所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现如权利要求1至8任一所述的方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一所述的方法。
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2021
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|---|---|
| CN114119904B (zh) | 2022-10-04 |
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