一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法、装置及系统，包括1)对原始植物叶片进行360°扫描得到带有噪点的植物3D点云叶片模型1；2)对步骤1)得到的植物3D点云叶片模型1进行二维映射得到二维植物叶片模型1，并使用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点，得到二维植物叶片模型2；3)对步骤2)得到的二维植物叶片模型2采用框图法进行简化，得到二维植物叶片模型3；4)将步骤3)得到的二维植物叶片模型3通过点与点之间的对应关系映射到原始植物3D点云叶片模型1，得到去噪与简化后的三维植物叶片。本发明专利技术操作简便，在去噪与简化时所需的时间较少；由于进行去噪与简化后上删除了一定数量的点云，在点云计算存储上对内存空间的占用量较少。

【技术实现步骤摘要】
一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法、装置及系统
本专利技术属于计算机图形处理与人机交互领域，具体涉及一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法。
技术介绍
植物是自然景观的重要组成部分。不同种类的植物具有不同的结构，且结构复杂，自然形态优美，是虚拟现实、计算机游戏、影视动画、园林设计等系统中不可缺少的组成部分。因此，随着图像、3D点云植物原始数据采集技术的出现，如何将早期的基于图形的植物建模方法融合现代的图像以及3D点云建模技术，结合人机交互技术，高效便捷的完成植物建模，对推动植物建模理论发展和实际应用将具有重要的作用。目前三维植物叶片点云的去噪与简化的方法很多，基于K近邻点云去噪与简化的算法去噪与简化的效果十分乐观，但是由于3D点云的数量的庞大，实现去噪与简化的过程中所需要花费的时间代价也是极其高。除此以外，去噪与简化的过程都是在三维空间进行的，对计算存储的需求量也比较大。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，首先将植物3D点云叶片模型映射到二维空间中；然后采用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点得到二维植物叶片模型；接着采用框图法对二维植物叶片模型进行简化；最后将去噪简化之后的二维植物叶片模型映射到原始3D点云植物叶片模型，得到去噪与简化后的三维植物叶片。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，包括：1)获取带有噪点的植物3D点云叶片模型1；2)对步骤1)中的植物3D点云叶片模型1进行二维映射得到二维植物叶片模型1，并且使用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点，然后得到二维植物叶片模型2；3)对步骤2)得到的二维植物叶片模型2采用框图法进行简化，得到二维植物叶片模型3；4)将步骤3)得到的二维植物叶片模型3通过点与点之间的对应关系映射到原始植物3D点云叶片模型1，得到去噪与简化后的三维植物叶片。优选地，所述步骤2)具体包括以下子步骤：2.1)通过旋转所述植物3D点云叶片模型1，使植物3D点云叶片模型1平行于X、Y轴，然后将所述植物3D点云叶片模型1中每个点的Z值变成0，完成植物3D点云叶片模型1到二维空间的映射，得到二维植物叶片模型1；2.2)将所述二维植物叶片模型1放入到二维平面直角坐标系中，将二维植物叶片模型1上面的点分别向X轴和Y轴投影，找到投影到X轴和Y轴叶片点数最多的点的位置，该位置为叶片的中心点，并且记录下中心点的X轴和Y轴对应的值，标记出中心点的位置；2.3)设置两个距离阈值α和β，比较叶片上任意X值与中心点X值的距离和叶片上任意Y值与中心点Y值的距离与阈值的大小，即将步骤2.2)中得到的叶片的中心点的X值和Y值设置为初始点，通过阈值来判断，当点与点之间的距离小于阈值时，即为正常叶片上的点，直接保留，当点与点之间的距离大于或者等于阈值时，即为离群点，直接将该点删除；2.4)设置一个颜色阈值，在阈值颜色之内的点为正常叶片上的点，直接保留，在阈值颜色之外的点为异色点，直接删除该点；2.5)重复步骤2.3)-2.4)，直到所有的离群点和异色点被删出，这时得到去噪后的二维植物叶片模型2。优选地，所述步骤3)具体包括以下子步骤：3.1)采用矩形框图将步骤2)中得到的二维植物叶片模型2的点云框在一个矩形框中，矩形框的长x和宽y根据需要设定；3.2)对步骤3.1)的矩形框进行细分，将矩形框均匀等分成小的矩形框，设置点数阈值，将阈值分为两类，小于阈值的为矩形框中四周边缘的点云，大于阈值的为矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，先不用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框；矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云部分，直接采用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框，完成初始简化；3.3)将步骤3.2)中的矩形框中四周边缘的点云部分的矩形框进行类似于步骤3.1)的同等分的二次细分，在二次细分后，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，采用每个小的矩形框的最靠近中心点代替整个小的矩形框；矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云部分，直接采用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框，最终完成二维植物叶片模型2的简化，得到二维植物叶片模型3。优选地，所述步骤1)中的带有噪点的植物3D点云叶片模型1是通过三维扫描仪对原始植物叶片进行360°扫描后得到的。第二方面，本专利技术提供了一种三维植物叶片点云的去噪与简化装置，包括：获取模块，用于获取带有噪点的植物3D点云叶片模型1；第一二维植物叶片模型计算模块，用于对所述植物3D点云叶片模型1进行二维映射得到二维植物叶片模型1，并且使用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点，然后得到二维植物叶片模型2；第二二维植物叶片模型计算模块，用于对所述二维植物叶片模型2采用框图法进行简化，得到二维植物叶片模型3；映射模块，用于将步骤3)得到的二维植物叶片模型3通过点与点之间的对应关系映射到原始植物3D点云叶片模型1，得到去噪与简化后的三维植物叶片。优选地，所述第一二维植物叶片模型计算模块具体包括以下子模块：二维植物叶片模型1计算模块，用于通过旋转所述植物3D点云叶片模型1，使植物3D点云叶片模型1平行于X、Y轴，然后将所述植物3D点云叶片模型1中每个点的Z值变成0，完成植物3D点云叶片模型1到二维空间的映射，得到二维植物叶片模型1；中心点获取模块，用于将二维植物叶片模型1放入到二维平面直角坐标系中，将二维植物叶片模型1上面的点分别向X轴和Y轴投影，找到投影到X轴和Y轴叶片点数最多的点的位置，该位置为叶片的中心点，并且记录下中心点的X轴和Y轴对应的值，标记出中心点的位置；离群点处理模块，用于设置两个距离阈值α和β，比较叶片上任意X值与中心点X值的距离和叶片上任意Y值与中心点Y值的距离与阈值的大小，即所述叶片的中心点的X值和Y值设置为初始点，通过阈值来判断，当点与点之间的距离小于阈值时，即为正常叶片上的点，直接保留，当点与点之间的距离大于或者等于阈值时，即为离群点，直接将该点删除；异色点处理模块，用于设置一个颜色阈值，在阈值颜色之内的点为正常叶片上的点，直接保留，在阈值颜色之外的点为异色点，直接删除该点。优选地，所述第二二维植物叶片模型计算模块具体包括以下子模块，具体为：框定模块，用于采用矩形框图将所述二维植物叶片模型2的点云框在一个矩形框中，矩形的长x和宽y根据需要设定；初始简化模块，用于对所述矩形框进行细分，将矩形框均匀等分成小的矩形框，设置点数阈值，将阈值分为两类，小于阈值的为矩形框中四周边缘的点云，大于阈值的为矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，先不用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框；矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云部分，直接采用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框，完成初始简化；二次简化模块，用于将所述矩形框中四周边缘的点云部分的矩形框进行类似于前述的同等分的二次细分，在二次细分后，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，采用每个小的矩形框的最靠近中心点代替整个小的矩形框；矩形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，其特征在于，包括：1)获取带有噪点的植物3D点云叶片模型1；2)对步骤1)中的植物3D点云叶片模型1进行二维映射得到二维植物叶片模型1，并且使用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点，然后得到二维植物叶片模型2；3)对步骤2)得到的二维植物叶片模型2采用框图法进行简化，得到二维植物叶片模型3；4)将步骤3)得到的二维植物叶片模型3通过点与点之间的对应关系映射到原始植物3D点云叶片模型1，得到去噪与简化后的三维植物叶片。

【技术特征摘要】
1.一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，其特征在于，包括：1)获取带有噪点的植物3D点云叶片模型1；2)对步骤1)中的植物3D点云叶片模型1进行二维映射得到二维植物叶片模型1，并且使用基于颜色与距离的2D去噪算法去除离群点和异色点，然后得到二维植物叶片模型2；3)对步骤2)得到的二维植物叶片模型2采用框图法进行简化，得到二维植物叶片模型3；4)将步骤3)得到的二维植物叶片模型3通过点与点之间的对应关系映射到原始植物3D点云叶片模型1，得到去噪与简化后的三维植物叶片。2.根据权利要求1所述的一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，其特征在于：所述步骤2)具体包括以下子步骤：2.1)通过旋转所述植物3D点云叶片模型1，使植物3D点云叶片模型1平行于X、Y轴，然后将所述植物3D点云叶片模型1中每个点的Z值变成0，完成植物3D点云叶片模型1到二维空间的映射，得到二维植物叶片模型1；2.2)将所述二维植物叶片模型1放入到二维平面直角坐标系中，将二维植物叶片模型1上面的点分别向X轴和Y轴投影，找到投影到X轴和Y轴叶片点数最多的点的位置，该位置为叶片的中心点，并且记录下中心点的X轴和Y轴对应的值，标记出中心点的位置；2.3)设置两个距离阈值α和β，比较叶片上任意X值与中心点X值的距离和叶片上任意Y值与中心点Y值的距离与阈值的大小，即将步骤2.2)中得到的叶片的中心点的X值和Y值设置为初始点，通过阈值来判断，当点与点之间的距离小于阈值时，即为正常叶片上的点，直接保留，当点与点之间的距离大于或者等于阈值时，即为离群点，直接将该点删除；2.4)设置一个颜色阈值，在阈值颜色之内的点为正常叶片上的点，直接保留，在阈值颜色之外的点为异色点，直接删除该点；2.5)重复步骤2.3)-2.4)，直到所有的离群点和异色点被删出，这时得到去噪后的二维植物叶片模型2。3.根据权利要求1所述的一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，其特征在于：所述步骤3)具体包括以下子步骤：3.1)采用矩形框图将步骤2)中得到的二维植物叶片模型2的点云框在一个矩形框中，矩形框的长x和宽y根据需要设定；3.2)对步骤3.1)的矩形框进行细分，将矩形框均匀等分成小的矩形框，设置点数阈值，将阈值分为两类，小于阈值的为矩形框中四周边缘的点云，大于阈值的为矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，先不用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框；矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云部分，直接采用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框，完成初始简化；3.3)将步骤3.2)中的矩形框中四周边缘的点云部分的矩形框进行类似于步骤3.1)的同等分的二次细分，在二次细分后，对于矩形框中的每一个小的矩形框，四周边缘的点云部分，采用每个小的矩形框的最靠近中心点代替整个小的矩形框；矩形框中除去四周边缘即为中间部分的点云部分，直接采用每个小的矩形框的中心点代替整个小的矩形框，最终完成二维植物叶片模型2的简化，得到二维植物叶片模型3。4.根据权利要求1所述的一种三维植物叶片点云的去噪与简化方法，其特征在于：所述步骤1)中的带有噪点的植物3D点云叶片模型1是通过三维扫描仪对原始植物叶片进行360°扫描后得到的。5.一种三...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾兰玲，金小刚，秦谦，张玲玲，
申请(专利权)人：江苏名通信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32