室内场景的分类与重建方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种室内场景的分类与重建方法及系统。该方法先将三维点云进行分割处理而得到很多个曲面片，然后在分割得到的曲面片上利用室内场景分类器不断添加与其相邻的曲面片以得到一个有意义的物体，最后将得到的有意义的物体与模型库中的模板进行拟合与处理得到重建好的室内场景。由于重建的室内场景是由有意义的物体组成，所以重建好的室内场景就具有语义信息，这样该室内场景也就可以为后续的编辑与使用带来方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维点云分类与重建方法，特别是涉及一种室内场景的分类与重建方法及系统。
技术介绍
构建室内外场景的三维模型是现实世界三维数字化的主要内容。在城市建设规划、决策与应急指挥、虚拟现实、影视制作及电脑游戏等方面具有重要的意义。例如三维模型可以应用于高层建筑火灾的应急救援和人群疏散、气体污染物泄露扩散、“数字噪声地图”的城市噪音仿真模拟等。传统的二维城市管理系统是无法解决这些实际应用问题的，而这些应用正是提高城市中人们安全保障和生活质量的有效途径。在这些需求的推动下，美、欧、日、韩等国家已经投入巨资开始有关城市场景建模和感知的研究。现有的大部分研究工作主要针对室外场景，研究对象主要包括建筑物、树木、道路等，而鲜有针对室内场景的研究。然而在现实中，室内场景作为人类生活的主要场所，与室外场景相比有更重要的地位，·在城市生活的方方面面也发挥着重要的作用。对室内场景的研究能够极大地推动城市管理和相关服务(例如公共安全、室内定位、导航等)向智能化、智慧化的方向发展。传统常用的室内场景三维重建方法是基于图像和扫描数据的混合三维重建方法。该室内场景三维重建方法结合图像和扫描数据，利用图像数据补充激光扫描仪未能获取的信息，同时扫描数据保证几何精度并为立体图像的匹配提供场景结构信息。该室内场景三维重建方法的主要流程如下首先将三维扫描数据分割为一系列点集，并平面拟合所得点集；然后将属于每一个空间平面的三维点分别投影到两幅图像上，拟合对应于该空间平面的视差层；然后通过立体匹配找出主图像中各个像素点所属的空间平面；再在扫描数据缺失区域添加三维顶点，最后生成网格模型。传统的室内场景三维重建方法的主要目标是重建场景的三维几何模型，重建结果并不包含室内场景语义的描述。这给后续重建好的三维模型的使用、编辑等操作带来不便，降低了操作效率。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种室内场景的分类与重建方法及系统，使用该室内场景的分类与重建方法所重建好的室内场景进行了分割与识别，被分割与识别的物体具有确定的语义信息，从而方便后续对重建好的室内场景进行编辑与使用，以提高操作效率。一种室内场景的分类与重建方法，包括以下步骤对需要重建的三维点云进行过分割处理，得到多个光滑的初级曲面片；将相邻的N个初级曲面片组成次级曲面片，其中N为自然数；选取多个次级曲面片作为种子，根据预先构建的室内场景分类器筛选初级曲面片加入次级曲面片形成有意义的物体；利用预先建立的模型库中的模板拟合有意义的物体得到有意义的物体的三维模型。在其中一个实施例中，所述对需要重建的三维点云进行过分割处理，得到多个光滑的初级曲面片的步骤之前还包括对三维点云的形状特征进行提取与训练得到所述室内场景分类器的步骤。在其中一个实施例中，所述通过对三维点云的形状特征进行人工提取与训练得到室内场景分类器的步骤之后还包括对需要重建的三维点云进行增强处理的步骤。在其中一个实施例中，所述利用预先建立的模型库中的模板拟合有意义的物体得到有意义的物体的三维模型的步骤之后还包括删除被错误分割出来的初级曲面片及合并相互重合的初级曲面片的步骤。在其中一个实施例中，所述选取多个次级曲面片作为种子，根据预先构建的室内场景分类器筛选初级曲面片加入次级曲面片形成有意义的物体的步骤包括选取多个次级曲面片作为种子；向每个次级曲面片中加入与每个次级曲面片相邻的所有初级曲面片；利用室内场景分类器检测每加入一个相邻的初级曲面片后形成的次级曲面片的置信度；选择置信度最高的一个次级曲面片作为新的次级曲面片；利用室内场景分类器比较新的次级曲面片与上一次形成的次级曲面片的置信度，当新的次级曲面片的置信度小于上一次形成的 次级曲面片的置信度时，结束操作，以最后形成的次级曲面片作为有意义的物体，否则返回向每个次级曲面片中加入与每个次级曲面片相邻的所有初级曲面片的步骤。在其中一个实施例中，所述选取多个次级曲面片作为种子的步骤中所选取的多个次级曲面片是表面面积较大的次级曲面片。在其中一个实施例中，所述将形成的有意义的物体与模型库中的模板进行拟合得到有意义的物体的三维模型的步骤包括根据得到的每一个有意义的物体在模型库中分别选出对应于每一个有意义的物体的全部模板；将每一个有意义的物体的全部模板分别进行非刚性变形，以使有意义的物体到变形后的模板的单向平均距离最小；选取变形后的模板到有意义的物体的单向平均距离最小的一个模板替代三维点云中的有意义的物体。在其中一个实施例中，所述室内场景分类器是由随机决策森林分类器生成的。在其中一个实施例中，所述相邻的N个初级曲面片中任何两个相邻的初级曲面片之间的距离小于15厘米。一种室内场景的分类与重建系统，包括过分割模块，用于对需要重建的三维点云进行过分割处理，得到多个光滑的初级曲面片；组合模块，用于将相邻的N个初级曲面片组成次级曲面片，其中N为自然数；生长模块，用于选取多个次级曲面片作为种子，根据预先构建的室内场景分类器筛选初级曲面片加入次级曲面片形成有意义的物体；拟合模块，用于利用预先建立的模型库中的模板拟合有意义的物体得到有意义的物体的三维模型。在其中一个实施例中，所述室内场景的分类与重建系统还包括分类器生成模块，用于对三维点云的形状特征进行提取与训练得到所述室内场景分类器。在其中一个实施例中，所述室内场景的分类与重建系统还包括调整模块，用于删除被错误分割出来的初级曲面片及合并相互重合的初级曲面片。在其中一个实施例中，所述生长模块包括曲面片选取模块，用于选取多个次级曲面片作为种子；添加模块，用于向每个次级曲面片中加入与每个次级曲面片相邻的所有初级曲面片；检测模块，用于利用室内场景分类器检测每加入一个相邻的初级曲面片后形成的次级曲面片的置信度；筛选模块，用于选择置信度最高的一个次级曲面片作为新的次级曲面片；判断模块，用于利用室内场景分类器比较新的次级曲面片与上一次形成的次级曲面片的置信度，当新的次级曲面片的置信度小于上一次形成的次级曲面片的置信度时，结束操作，以最后形成的次级曲面片作为有意义的物体，否则继续向每个次级曲面片中加入与每个次级曲面片相邻的所有初级曲面片的。在其中一个实施例中，所述拟合模块包括模板选择模块，用于根据得到的每一个有意义的物体在模型库中分别选出对应于每一个有意义的物体的全部模板；变形模块，用于将每一个有意义的物体的全部模板分别进行非刚性变形，以使有意义的物体到变形后的模板的单向平均距离最小；替换模块，用于选取变形后的模板到有意义的物体的单向平均距离最小的一个模板替代三维点云中的有意义的物体。上述室内场景的分类与重建方法及系统先将三维点云进行分割处理而得到很多个曲面片，然后将分割得到的曲面片通过室内场景分类器不断添加与其相邻的曲面·片以得到一个有意义的物体，最后将得到的有意义的物体与模型库中的模板进行拟合与处理就可实现室内场景的重建。由于重建的室内场景是由有意义的物体组成，所以重建好的室内场景就具有语义信息，这样该室内场景也就可以为后续的编辑与使用带来方便，以提高操作效率。附图说明图I为一个实施例的室内场景的分类与重建方法流程图；图2为选取多个次级曲面片作为种子，根据室内场景分类器筛选初级曲面片加入次级曲面片形成有意义的物体的方法的流程图；图3为将形成的有意义的物体与模型库中的模板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种室内场景的分类与重建方法，包括以下步骤：对需要重建的三维点云进行过分割处理，得到多个光滑的初级曲面片；将相邻的N个初级曲面片组成次级曲面片，其中N为自然数；选取多个次级曲面片作为种子，根据预先构建的室内场景分类器筛选初级曲面片加入次级曲面片形成有意义的物体；利用预先建立的模型库中的模板拟合有意义的物体得到有意义的物体的三维模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：南亮亮，谢科，黄惠，陈宝权，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：