本發(fā)明涉及測繪信息領域，尤其涉及一種點云立面提取方法和裝置。

背景技術：

移動測量系統(tǒng)是一種基于飛機、飛艇、火車和汽車等移動載體的快速攝影測量系統(tǒng)。車載移動測量系統(tǒng)以汽車為載體平臺，其核心組成系統(tǒng)一般包括：激光掃描系統(tǒng)、影像成像系統(tǒng)和組合導航系統(tǒng)。車載激光點云是指利用車載移動測量系統(tǒng)掃描得到的沿街道路及其兩側建筑物的表面點的集合。由于車載激光掃描系統(tǒng)沿道路掃描這一采集方式，可以快速地得到整個城市沿街道路兩側的精細建筑物點云信息，進而為后續(xù)建筑物提取和重建提供基礎。

目前，互聯(lián)網(wǎng)街景已經(jīng)進入到激光街景時代，與傳統(tǒng)的街景相比，激光街景具有可量測、可探面和可標注的特點。由于激光點云具有海量數(shù)據(jù)量的特點，無法直接應用于互聯(lián)網(wǎng)應用，需要進行提取和抽象，形成數(shù)據(jù)量小的中間數(shù)據(jù)，以達到量測、探面和標注等目的。其中，建筑物立面提取是重點，立面提取完成后，通過與街景影像的疊加，即可實現(xiàn)量測、探面和標注等功能。

一種常用的立面提取的常用方法是基于投影特征圖像的提取方法，即先將激光點云垂直投影到水平格網(wǎng)影像中，然后計算各個格網(wǎng)內(nèi)的特征，以此來判斷出建筑物立面所在的格網(wǎng)，進而提取出建筑物立面。

然而，該種提取方法對噪聲比較敏感。當點云中包含較多噪聲的時候，無法準確提取出立面，因此該種提取方法中往往需要對點云進行預處理，以排除噪聲的干擾.。而且，該種提取方法依賴閾值的選取。受遮擋等因素的影響，立面點云投影后的格網(wǎng)特征與典型立面格網(wǎng)特征不同，將會對閾值的選取造成干擾。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種點云立面提取方法和裝置，用于快速有效地確定目標建筑物立面上的點并提取出立面。

一種點云立面提取方法，包括：

獲取點云中各點的法向量的方向；

獲取立面候選點集，其中，所述立面候選點集中的候選點為所述點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點；

根據(jù)所述立面候選點集建立多個種子立面；

將所述多個種子立面合并為目標建筑物立面。

可選的，所述根據(jù)所述立面候選點集建立多個種子立面包括：

計算所述立面候選點集中的每一個候選點的平面擬合殘差；

將所述立面候選點中的第一候選點移除到種子點集中，所述第一候選點為當前所述立面候選點集中平面擬合殘差最小的候選點；

對所述種子點集中的每一個種子點，根據(jù)預置條件從所述立面候選點集中獲取所述種子點的立面點集，將所述種子點的立面點集從所述立面候選點集中移除，以及將所述種子點從所述種子點集移除到所述種子點的立面點集中；

將所述種子點的立面點集中的點合成所述種子點對應的種子立面。

可選的，所述根據(jù)預置條件從所述立面候選點集中獲取所述種子點的立面點集包括：

對所述種子點集中的種子點，將所述立面候選點集中與所述種子點的距離不大于預置距離的點確定為所述種子點的鄰域點集；

計算所述種子點以及所述種子點的鄰域點集中的鄰域點的法向量；

判斷所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異是否小于預置閾值；若小于，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述種子點的立面點集中。

可選的，所述方法還包括：

若所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異不小于所述預置閾值，則判斷所述鄰域點的平面擬合殘差是否小于預置數(shù)值，若是，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述種子點集中。

可選的，所述將所述多個種子立面合并為目標建筑物立面包括：

獲取所述多個種子立面的法向量；

判斷所述多個種子立面中其中兩個種子里面是否存在互相重疊的區(qū)域；

當所述兩個種子立面存在互相重疊的區(qū)域，且所述兩個種子立面的法向量夾角小于預置角度時，將所述兩個種子立面合并為一個種子立面。

本發(fā)明另一方面提供一種點云立面提取裝置，包括：

第一獲取模塊，用于獲取點云中各點的法向量的方向；

第二獲取模塊，用于獲取立面候選點集，其中，所述立面候選點集中的候選點為所述點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點；

建立模塊，用于根據(jù)所述立面候選點集建立多個種子立面；

合并模塊，用于將所述多個種子立面合并為目標建筑物立面。

可選的，所述建立模塊包括：

計算單元，用于計算所述立面候選點集中的每一個候選點的平面擬合殘差；

移除單元，用于將所述立面候選點中的第一候選點移除到種子點集中，所述第一候選點為當前所述立面候選點集中平面擬合殘差最小的候選點；

第一獲取單元，用于對所述種子點集中的每一個種子點，根據(jù)預置條件從所述立面候選點集中獲取所述種子點的立面點集，將所述種子點的立面點集從所述立面候選點集中移除，以及將所述種子點從所述種子點集移除到所述種子點的立面點集中；

第一合并單元，用于將所述種子點的立面點集中的點合成所述種子點對應的種子立面。

可選的，所述第一獲取單元具體用于：

對所述種子點集中的種子點，將所述立面候選點集中與所述種子點的距離不大于預置距離的點確定為所述種子點的鄰域點集；

計算所述種子點以及所述種子點的鄰域點集中的鄰域點的法向量；

判斷所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異是否小于預置閾值；若小于，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述種子點的立面點集中。

可選的，所述第一獲取單元還用于當所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異不小于所述預置閾值時，則判斷所述鄰域點的平面擬合殘差是否小于預置數(shù)值，若是，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述 種子點集中。

可選的，所述合并模塊包括：

第二獲取單元，用于獲取所述多個種子立面的法向量；

判斷單元，用于判斷所述多個種子立面中其中兩個種子里面是否存在互相重疊的區(qū)域；

第二合并單元，用于當所述兩個種子立面存在互相重疊的區(qū)域，且所述兩個種子立面的法向量夾角小于預置角度時，將所述兩個種子立面合并為一個種子立面。

從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例中，通過獲取點云中各點的法向量方向，將點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點作為立面候選集，這樣根據(jù)建筑物立面的特征來對候選點的篩選方法簡單有效，能夠快速有效地確定目標建筑物立面上的點并提取出立面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一個實施例中點云立面提取方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明的另一個實施例中點云立面提取裝置的結構示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種點云立面提取方法和裝置，用于快速有效地確定目標建筑物立面上的點并提取出立面。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“包括”和“具有”以及它們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

下面對本發(fā)明中的點云立面提取方法進行描述。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明的立面提取方法的一個實施例的流程示意圖。如圖1所示，本實施例包括：

101、獲取點云中各點的法向量的方向；

本實施例中，點云指的是通過測量儀器所獲得的目標建筑物的外觀表面的點數(shù)據(jù)集合，每個點數(shù)據(jù)包括目標建筑物的外觀表面上一個點的三維坐標。實際應用中，通過測量儀器獲得目標建筑物的外觀表面的點數(shù)據(jù)有多種方法，例如可通過車載激光掃描系統(tǒng)來對目標建筑物的外觀進行掃描，或者，通過照相式掃描儀來對目標建筑物的外觀進行掃描，在此不做限制。

然而，實際應用中，由于目標建筑物立面受遮擋或者其他原因，導致獲取到的點云中有部分點數(shù)據(jù)并不是目標建筑物立面上的點。因此，在根據(jù)點云來提取目標建筑物立面時，需從點云中確定出有效點數(shù)據(jù)，再根據(jù)該有效點數(shù)據(jù)來建立建筑立面。

本實施例中，獲取點云中各點的法向量時，在點云中查找該點的鄰域點集。其中，該點的鄰域點集指的是點云中所有與該點之間的距離不大于一個預設值的點的集合。獲取到該點的鄰域點集后，對點以及該點的鄰域點集擬合成一個面，然后計算該點在該面上的法向量。實際應用中，有多種方法將該點以及該點的鄰域點集擬合為一個面，例如，可通過主成分分析的方法或者最小二乘最優(yōu)擬合的方法，在此不做限制。

102、獲取立面候選點集。

本實施例中，由于只需從點云中提取出目標建筑物立面，而目標建筑物立面垂直于水平面，因此，計算出點云中各點的法向量的方向后，將法向量的方向平行于水平面的點加入立面候選點集。為避免計算誤差而導致部分目標建筑物立面上的點被排除，本實施例中，還將法向量的方向不平行于水平面，但與水平面的夾角小于預置角度的點也加入立面候選點集。

103、根據(jù)所述立面候選點集建立多個種子立面。

確定立面候選點集后，可通過多種方法從該集合中確定多個種子點，其中每個種子點為確定為目標建筑物上的點。確定多個種子點后，再確定各種子點所在的種子面。

本實施例中，根據(jù)立面候選點集建立多個種子面的方法有多種。下面對其中的一種進行舉例說明。首先，從立面候選點集中確定多個種子點，其中每個種子點為確定為目標建筑物上的點。

從立面候選點集中確定種子點的的方法有多種。例如，計算立面候選點集中每一個候選點的平面擬合殘差。其中，本文中，一個點的平面擬合殘差可以是該點與該點的鄰域點集所擬合成的面上該點處的曲率；或者是該點到該點的鄰域集合所擬合成的面的距離等等，在此不作限制。將當前立面候選點集中平面擬合殘差最小的候選點(下文中稱為第一候選點)作為種子點，并將該種子點從立面候選點中移除到種子點集中。

獲取到種子點集后，從中取出任意提取出一個種子點，可根據(jù)預置條件從立面候選點集中獲取該種子點的立面點集，其中該種子立面指的是確定為目標建筑物立面上的面。然后，將該種子點從種子點集移除到該種子點的立面點集中，以避免后續(xù)再次提取該種子點，并將該種子點的立面點集中的所有點擬合成該種子點所在的種子立面。

這樣，每確定一個種子點的種子立面后，立面候選點集中將移除掉多個候選點，然后再將當前立面候選點集中的第一候選點作為種子點移除到種子點集中。

本實施例中，從種子點集中提取出種子點后可根據(jù)預置條件從立面候選點集中獲取該種子店的立面點集。實際應用中，預置條件有多種。

例如，對種子點集中的種子點，在立面候選點中查找與該種子點的距離不大于預置距離的點，并將所有與該種子點的距離不大于預置距離的點確定為種子點的鄰域點集。需注意的是，該種子點的鄰域點集仍位于立面候選點集中，而不是從立面候選點集中移除。

將該種子點和該種子點的鄰域點集中所有點擬合為一個面，并計算該種子點以及該種子點的鄰域點集中的鄰域點的在該面上的法向量。對該鄰域點集中的鄰域點，計算該種子點的法向量與該鄰域點的法向量的差異，并判斷該種子點的法向量與該鄰域點的法向量的差異是否小于預置閾值，若小于，則表示該鄰域點和種子點均位于目標建筑物立面上，因此將該鄰域點從該立面候選點集中移除到種子點的立面點集中。

優(yōu)選的，本實施例中，當判斷該種子點的法向量與該鄰域點的法向量的差異不小于預置閾值時，還判斷該鄰域點的平面擬合殘差是否小于預置數(shù)值，若是，則表示該鄰域點可以作為種子點，將該鄰域點移除到種子點集中，以便根據(jù)預置條件從立面候選點集中獲取該鄰域點的立面點集。

104、將所述多個種子立面合并為目標建筑物立面。

根據(jù)種子點集中的各種子點獲取到各種子點對應的種子立面后，這些種子立面分別為目標建筑物的立面上不同處的面。由于相鄰兩個種子立面存在互相重疊的區(qū)域，而且相鄰兩個種子里面的法向量是近似或者一樣的；因此，本實施例中，為將各種子立面合并，對其中的兩個種子立面，獲取該兩個種子立面的法向量，判斷該兩個種子立面是否存在互相重疊的區(qū)域。當所述兩個種子立面存在互相重疊的區(qū)域，且所述兩個種子立面的法向量夾角小于預置角度時，將所述兩個種子立面合并為一個種子立面。這樣，依次將兩個種子立面進行合并，以最終合成為目標建筑物立面。

本實施例中，通過獲取點云中各點的法向量方向，將點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點作為立面候選集，這樣根據(jù)建筑物立面的特征來對候選點的篩選方法簡單有效，能夠快速有效地確定目標建筑物立面上的點。

實際中，由于許多非建筑立面也具有建筑物立面的特征，因此，優(yōu)選的，本實施例中的點云立面提取方法中，在步驟104將所述種子點的立面點集中的點合成所述種子點對應的種子立面之前，還包括對非建筑物立面的種子立面進行剔除。剔除的方法有多種。例如，計算各種子立面的面積、投影點數(shù)、朝向等等信息，當該信息滿足一定條件時，將滿足該條件的種子立面剔除，再對剩余的種子立面進行合并。

上面對本發(fā)明實施例中的點云立面提取方法進行了描述，下面對本發(fā)明實施例中的點云立面提取裝置進行描述，請參閱圖2，本發(fā)明實施例中點云立面提取裝置200包含：

第一獲取模塊201，用于獲取點云中各點的法向量的方向；

第二獲取模塊202，用于獲取立面候選點集，其中，所述立面候選點集中的候選點為所述點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點；

建立模塊203，用于根據(jù)所述立面候選點集建立多個種子立面；

合并模塊204，用于將所述多個種子立面合并為目標建筑物立面。

本實施例中，通過獲取點云中各點的法向量方向，將點云中法向量的方向與水平面的夾角小于預置角度的點作為立面候選集，這樣根據(jù)建筑物立面的特征來對候選點的篩選方法簡單有效，能夠快速有效地確定目標建筑物立面上的點。

優(yōu)選的，本實施例中，所述建立模塊203包括：

計算單元，用于計算所述立面候選點集中的每一個候選點的平面擬合殘差；

移除單元，用于將所述立面候選點中的第一候選點移除到種子點集中，所述第一候選點為當前所述立面候選點集中平面擬合殘差最小的候選點；

第一獲取單元，用于對所述種子點集中的每一個種子點，根據(jù)預置條件從所述立面候選點集中獲取所述種子點的立面點集，將所述種子點的立面點集從所述立面候選點集中移除，以及將所述種子點從所述種子點集移除到所述種子點的立面點集中；

第一合并單元，用于將所述種子點的立面點集中的點合成所述種子點對應的種子立面。

進一步，優(yōu)選的，本實施例中，所述第一獲取單元具體用于：

對所述種子點集中的種子點，將所述立面候選點集中與所述種子點的距離不大于預置距離的點確定為所述種子點的鄰域點集；

計算所述種子點以及所述種子點的鄰域點集中的鄰域點的法向量；

判斷所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異是否小于預置閾值；若小于，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述種子點的立面點集中。

進一步，優(yōu)選的，本實施例中，所述第一獲取單元還用于當所述鄰域點的法向量和所述種子點的法向量的差異不小于所述預置閾值時，則判斷所述鄰域點的平面擬合殘差是否小于預置數(shù)值，若是，將所述鄰域點從所述立面候選點集中移除到所述種子點集中。

優(yōu)選的，本實施例中，所述合并模塊204包括：

第二獲取單元，用于獲取所述多個種子立面的法向量；

判斷單元，用于判斷所述多個種子立面中其中兩個種子里面是否存在互相重疊的區(qū)域；

第二合并單元，用于當所述兩個種子立面存在互相重疊的區(qū)域，且所述兩個種子立面的法向量夾角小于預置角度時，將所述兩個種子立面合并為一個種子立面。

所屬領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機械或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機， 服務器，或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質(zhì)包括：U盤、移動硬盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。