【技術實現步驟摘要】
本申請涉及圖像處理，具體涉及基于圖像處理的三維虛擬仿真方法及系統。
技術介紹
1、虛擬現實技術是通過人機交互使人身臨其境的技術，能夠用于戰場指揮、戰場模擬對抗訓練上。在戰場模擬時為了提供真實的作戰環境，通常需要實現對目標戰場三維虛擬模型建立。
2、在山區等復雜地形三維虛擬模型建立時首先需要建立地面模型，因此需要首先識別出所采集點云數據中的地面點云數據。但由于山地地形起伏復雜加上植被干擾，因此需要地面點云濾波算法對地面點云數據進行識別。常見的地面點云濾波可概括為三類：坡度、形態學和表面濾波方法。表面濾波方法中布料點云濾波模擬在復雜山區的地面點云濾波中表現良好，但是高精度的布料點云濾波計算量大，數據處理時間長；而在低精度時該算法在一些地面陡峭位置會出現布料對地面點云不貼合以及沒有充分利用點云數據中的顏色、幾何信息，導致地面點云無法識別，進而使地面三維模型的仿真效果較差。
技術實現思路
1、為了解決未充分考慮點云信息以及點云不貼合造成的仿真效果差的技術問題，本申請提供了基于圖像處理的三維虛擬仿真方法及系統，所采用的技術方案具體如下：
2、第一方面，本申請提出了基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，該方法包括以下步驟：
3、獲取點云的位置信息和色彩信息，所有點云組成初始山區點云集；
4、根據點云的色彩信息和位置信息分別獲取點云的灰度強度值和參考高度；根據所有點云的灰度強度值和參考高度獲取點云的亮度補償系數；根據所有點云的亮度補償系數和色彩信息獲取不
5、獲取每個點云的法向量，根據點云的法向量以及不同通道的點云地面色彩值的差異獲取每個點云的局部點云幾何復雜度；
6、通過點云的局部點云幾何復雜度對布料模擬算法進行優化，使用優化后的布料模擬算法對初始山區點云集處理完成三維虛擬仿真。
7、在上述方案中，針對傳統布料濾波算法未考慮點云色彩的問題，先對點云集進行區域分割，對每個區域計算出亮度補償系數，消除了山區光照不均勻分布帶來的色彩差異影響，進一步以參考高度為權重，結合亮度補償系數計算出點云地面色彩值，表征出點云數據的整體色彩差異。結合點云色彩值計算第二色彩差異，并結合第一色彩差異和距離差異，得到不同尺度下的尺度向量，進而得到局部點云幾何復雜度，由于以色彩差異為權重，因此局部點云幾何復雜度表征的是地面曲面的方向變化情況，能夠識別出局部地面不平整的區域。通過后處理機制中實際點的局部角度情況，計算出形狀可靠度，結合局部點云幾何復雜度得到后處理閾值幾何權重，動態調整不同位置的后處理閾值，對于地面形狀正常、地面溝壑復雜的位置采用更高的后處理閾值，避免對植物多的區域采用高后處理閾值，能夠更準確的識別出地面點云，結合了地形以及點云的色彩信息和位置信息，提高地面三維模型的仿真效果。
8、在一個實施例中，所述根據點云的色彩信息和位置信息分別獲取點云的灰度強度值和參考高度的方法為：
9、點云的色彩信息包括在rgb空間三個通道的色彩強度值；將三個通道的色彩強度值進行灰度化獲取點云的灰度強度值；
10、點云的位置信息包括x軸、y軸、z軸對應的x值、y值和z值，以xy平面為基準平面，將基準平面分為若干大小的正方形，正方形結合z值后得到一個長方體；
11、對于每個長方體，在長方體中選取z值最小的點云記為地面參考點云，將長方體內的每個點云與地面參考點云的z值的差異作為每個點云的參考高度。
12、在一個實施例中，所述根據所有點云的灰度強度值和參考高度獲取點云亮度補償系數的方法為：
13、將長方體內任意一個點云記為目標點云，將目標點云與長方體內其余點云的灰度強度值的差值絕對值作為目標點云與其余點云的亮度差異；將目標點云與長方體內其余點云的參考高度的差值絕對值歸一化后作為目標點云與其余點云的高度權重；
14、令目標點云與其余點云的亮度差異和高度權重的乘積作為目標點云與其余點云的亮度補充，根據目標點云與其余所有點云的亮度補充獲取目標點云的亮度指數，將所有目標點云的亮度指數的均值作為長方體內所有點云的亮度補償系數。
15、在上述方案中，對每個區域計算出亮度補償系數，消除了山區光照不均勻分布帶來的色彩差異影響。
16、在一個實施例中，所述根據所有點云的亮度補償系數和色彩信息獲取不同通道的點云地面色彩值的方法為：
17、在初始山區點云集中，在每個通道下，基于位置信息獲取每個點云的參考高度，基于色彩信息獲取每個點云的顏色強度值；根據參考高度、顏色強度值和亮度補償系數獲取點云地面色彩值；每個通道的點云地面色彩值與參考高度呈負相關關系，每個通道的點云地面色彩值分別與所有點云的亮度補償系數、通道的色彩強度值呈正相關關系。
18、在一個實施例中，所述獲取目標分量，根據點云的法向量以及不同通道的點云地面色彩值的差異獲取每個點云的局部點云幾何復雜度的方法為：
19、在初始山區點云集中，將任意一個點云記為中心點云，對于每個中心點云，選取第一預設數量個離中心點云最近的點云，記為第一距離點云，將中心點云和所有第一距離點云構成的集合記為小尺度點云集；
20、對于每個中心點云，選取第二預設數量個離中心點云最近的點云，記為第二距離點云，將中心點云和所有第二距離點云構成的集合記為大尺度點云集；
21、對于兩個點云集中任意一個點云集記為目標點云集，對于目標點云集，根據中心點云與每個點云在不同通道下的色彩差異獲取每個點云的第一色彩差異；
22、對于目標點云集，根據每個點云在不同通道下與點云地面色彩值的色彩差異獲取每個點云的第二色彩差異；
23、在目標點云集中，獲取中心點云與每個點云的距離差異，根據每個點云的第一色彩差異、第二色彩差異以及中心點云和每個點云的距離差異獲取每個點云的局部點云方向權重；
24、在目標點云集中，根據所有點云的局部點云方向權重和所有點云對應的法向量計算目標點云集的法向量，根據大尺度點云集與小尺度點云集的法向量差異獲取中心點云的局部點云幾何復雜度。
25、在上述方案中，以色彩差異為權重，局部點云幾何復雜度表征的是地面曲面的方向變化情況，能夠識別出局部地面不平整的區域。
26、在一個實施例中，所述根據中心點云與每個點云在不同通道下的色彩差異獲取每個點云的第一色彩差異的方法為：
27、每個通道下，將中心點云的色彩強度值與每個點云的色彩強度值的差值絕對值作為每個點云的通道色彩差異；根據通道色彩差異獲取第一色彩差異；每個點云的第一色彩差異分別與每個點云在不同通道下的通道色彩差異呈正相關關系。
28、在一個實施例中，所述根據每個點云在不同通道下與點云地面色彩值的色彩差異獲取每個點云的第二色彩差異的方法為：
29、每個通道下，將每個點云的色彩強度值與每個通道下的點云地面色彩值的差值絕對值作為每個點云的地面色彩差異；根據地面色彩差異獲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據點云的色彩信息和位置信息分別獲取點云的灰度強度值和參考高度的方法為：
3.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據所有點云的灰度強度值和參考高度獲取點云亮度補償系數的方法為：
4.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據所有點云的亮度補償系數、位置信息和色彩信息獲取不同通道的點云地面色彩值的方法為：
5.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，根據距離點云最近的若干點云構建兩個點云集；對于每個點云集，通過點云集中每個點云不同通道下的色彩差異、不同通道與地面點云的色彩差異以及點云之間的距離結合點云的法向量獲取每個點云的局部點云幾何復雜度的方法為：
6.如權利要求5所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據中心點云與每個點云在不同通道下的色彩差異獲取每個點云的第一色彩差異的方法為：>
7.如權利要求5所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據每個點云在不同通道下與點云地面色彩值的色彩差異獲取每個點云的第二色彩差異的方法為：
8.如權利要求5所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述獲取中心點云與每個點云的距離差異，根據每個點云的第一色彩差異、第二色彩差異以及中心點云和每個點云的距離差異獲取每個點云的局部點云方向權重的方法為：
9.如權利要求5所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據所有點云的局部點云方向權重和所有點云對應的法向量計算目標點云集的法向量，根據大尺度點云集于小尺度點云集的法向量差異獲取中心點云的局部點云幾何復雜度的方法為：
10.基于圖像處理的三維虛擬仿真系統，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1-9任意一項所述基于圖像處理的三維虛擬仿真方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據點云的色彩信息和位置信息分別獲取點云的灰度強度值和參考高度的方法為：
3.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據所有點云的灰度強度值和參考高度獲取點云亮度補償系數的方法為：
4.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據所有點云的亮度補償系數、位置信息和色彩信息獲取不同通道的點云地面色彩值的方法為：
5.如權利要求2所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，根據距離點云最近的若干點云構建兩個點云集；對于每個點云集，通過點云集中每個點云不同通道下的色彩差異、不同通道與地面點云的色彩差異以及點云之間的距離結合點云的法向量獲取每個點云的局部點云幾何復雜度的方法為：
6.如權利要求5所述的基于圖像處理的三維虛擬仿真方法，其特征在于，所述根據中心點云與每個點云在不同...
【專利技術屬性】
技術研發人員：段揚州，陳林青，
申請(專利權)人：大連金信德軟件股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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