基于空中点云先验引导的场景补全方法及系统

本申请涉及数据采集，尤其涉及一种基于空中点云先验引导的场景补全方法及系统。

背景技术：

1、为解决空中无人及有人机通过固定航线获取点云信息时存在的地面数据缺失、数据采集不完整等问题。当前一般需要通过人工采集手段进行数据补测，虽然现有基于人工手动补测的方法在灵活性和可操作性方面有一定优势，但存在采集效率低、数据质量和一致性差以及人工补采成本高等一系列问题，限制了其在大规模城市场景高精度数据补采的应用潜能。基于地面车辆或无人机的自主勘探系统通过实时数据融合实现精准的定位和路径规划，能够提供高精度、高效率和自动化的三维环境数据获取和处理，可以稳定高效地自主探索室内和室外环境，并减少对人工操作的依赖，提高数据采集和处理的自动化程度。然而，现有自主勘探系统在用于点云补测的自主化过程中，由于缺乏先验引导，存在探索效率低、覆盖不完整、环境理解和感知不全面以及数据集成能力不足等诸多问题，以上挑战限制了自主探索系统在大范围三维城市建模中的有效性和可靠性。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本申请的主要目的在于提供一种基于空中点云先验引导的场景补全方法及系统，旨在解决现有技术中无人机获取点云信息时存在地面区域数据采集不全，需人工采集进行点云数据补测，导致数据采集效率较低的问题。

2、本申请实施例第一方面提供一种基于空中点云先验引导的场景补全方法，所述基于空中点云先验引导的场景补全方法包括如下步骤：获取先验点云数据，对所述先验点云数据进行处理，得到可通行节点图和待补测区域边界；根据所述可通行节点图和所述待补测区域边界，得到全局规划路径；根据所述全局规划路径进行点云补采得到补采数据，将所述补采数据和所述先验点云数据进行融合，得到目标点云数据。

3、可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述先验点云数据进行处理，得到可通行节点图和待补测区域边界，具体包括：对所述先验点云数据进行分割，得到非地面点云；对所述非地面点云进行聚类，得到多个建筑点云；对多个所述建筑点云进行完整性检测与边界生成，得到不闭合的切片簇和二维点集；根据所述切片簇和所述二维点集，生成待补测区域边界和可通行节点图。

4、可选地，在本申请的一个实施例中，所述对多个所述建筑点云进行完整性检测与边界生成，得到不闭合的切片簇和二维点集，具体包括：针对每一所述建筑点云，对所述建筑点云进行切片处理，得到多个切片；对每个所述切片进行聚类，得到所述切片对应的多个分块簇；对每个所述分块簇进行闭合性检测，将不闭合的所述分块簇作为不闭合的所述切片簇；将多个所述建筑点云投影至二维平面，得到二维点集。

5、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述切片簇和所述二维点集，生成待补测区域边界和可通行节点图，具体包括：针对每一不闭合的所述切片簇，计算所述切片簇与所述二维点集的差集，并计算所述二维点集对应的骨架线；根据所述差集中的差集点和所述骨架线，生成期望的补全边界；将期望的所述补全边界进行扩展，得到扩展点集，并连接所述差集中两端的点与所述扩展点集，得到完整的补全边界；根据所有所述切片簇对应的所述补全边界，得到建筑物的总补全边界；根据所述总补全边界，得到待补测区域边界和可通行节点图。

6、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述可通行节点图和所述待补测区域边界，得到全局规划路径，具体包括：根据所述可通行节点图，构建图结构；根据所述图结构计算所述待补测区域边界间的最短路径；对所述最短路径进行优化，得到全局规划路径。

7、可选地，在本申请的一个实施例中，所述图结构包括节点集合和边集合；所述根据所述图结构计算所述待补测区域边界间的最短路径，具体包括：根据所述节点集合和所述边集合，确定节点对的最短距离；根据所述最短距离构建距离矩阵；根据所述距离矩阵，计算从当前位置访问所述待补测区域边界的访问顺序，得到最短路径。

8、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述全局规划路径进行点云补采得到补采数据，将所述补采数据和所述先验点云数据进行融合，得到目标点云数据，具体包括：采集实时环境信息，根据所述实时环境信息和所述全局规划路径，识别补测区域，并采集所述补测区域的点云数据，得到补采数据；将所述补采数据和所述先验点云数据统一到同一坐标系下，从所述补采数据和所述先验点云数据中分别提取各自对应的特征点，并根据所述特征点对所述补采数据和所述先验点云数据进行对齐后，对所述补采数据进行坐标变换，将变换后的所述补采数据与所述先验点云数据进行融合，得到目标点云数据。

9、本申请实施例第二方面还提供一种基于空中点云先验引导的场景补全系统，其中，所述基于空中点云先验引导的场景补全系统包括：

10、缺失区域识别与划分模块，用于获取先验点云数据，对所述先验点云数据进行处理，得到可通行节点图和待补测区域边界；

11、路线规划模块，用于根据所述可通行节点图和所述待补测区域边界，得到全局规划路径；

12、缺失场景采集与融合模块，用于根据所述全局规划路径进行点云补采得到补采数据，将所述补采数据和所述先验点云数据进行融合，得到目标点云数据。

13、本申请实施例第三方面还提供一种终端，其中，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于空中点云先验引导的场景补全程序，所述基于空中点云先验引导的场景补全程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法的步骤。

14、本申请实施例第四方面还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有基于空中点云先验引导的场景补全程序，所述基于空中点云先验引导的场景补全程序被处理器执行时实现如上所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法的步骤。

15、有益效果：本申请提供一种基于空中点云先验引导的场景补全方法及系统，该方法通过从先验点云中提取待探索区域边界和可通行节点，从而能够构建最短全局路径访问所有待补测区域，实现对先验点云中有效信息的提取，进而在保证采集完整性的前提下提高了数据采集效率。

1.一种基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述基于空中点云先验引导的场景补全方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述对所述先验点云数据进行处理，得到可通行节点图和待补测区域边界，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述对多个所述建筑点云进行完整性检测与边界生成，得到不闭合的切片簇和二维点集，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述根据所述切片簇和所述二维点集，生成待补测区域边界和可通行节点图，具体包括：

5.根据权利要求1所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述根据所述可通行节点图和所述待补测区域边界，得到全局规划路径，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述图结构包括节点集合和边集合；

7.根据权利要求1所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法，其特征在于，所述根据所述全局规划路径进行点云补采得到补采数据，将所述补采数据和所述先验点云数据进行融合，得到目标点云数据，具体包括：

8.一种基于空中点云先验引导的场景补全系统，其特征在于，所述基于空中点云先验引导的场景补全系统包括：

9.一种终端，其特征在于，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于空中点云先验引导的场景补全程序，所述基于空中点云先验引导的场景补全程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有基于空中点云先验引导的场景补全程序，所述基于空中点云先验引导的场景补全程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的基于空中点云先验引导的场景补全方法的步骤。