一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法与流程

本发明涉及数据降噪方法，尤其涉及一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法。

背景技术：

1、在海洋测绘、水下勘探以及地质勘探等领域，声呐成像技术广泛应用于获取水下地形、物体结构以及海底地貌等信息。

2、传统的声呐系统通常采用单波束技术，即通过单个声波发射器和接收器来获取水下目标的回波信号，然后利用这些信号生成海底地形图或者物体结构图，然而，单波束声呐在获取地形数据时存在分辨率低、测量精度差等缺点，为了克服单波束声呐的局限性，多波束声呐技术应运而生，多波束声呐系统采用多个发射器和接收器，能够同时获取多个方向的回波信号，从而提高了测量精度和空间分辨率，但是，多波束声呐系统在获取海底地形数据时往往会受到水下环境、杂波干扰等因素的影响，仍会导致测量数据中存在大量的噪声和无效信息，降低了数据的可用性和准确性。

3、因此，针对多波束声呐测绘点云数据中存在的噪声和无效信息，需要设计一种有效的滤波方法，该滤波方法应能够有效地去除噪声、提取有效信息，并保留数据中的关键特征，从而为后续的地形重建、目标检测等应用提供可靠的数据基础，以提高数据的质量和可用性。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其能够有效地去除噪声、提取有效信息，并保留数据中的关键特征，从而为后续的地形重建、目标检测等应用提供可靠的数据基础，以提高数据的质量和可用性。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，包括如下步骤：

5、步骤s1：读取原始点云数据；

6、步骤s2：获取原始点云边界；

7、步骤s3：生成平面网格；

8、步骤s4：遍历调整平面网格节点；

9、步骤s5：遍历原始点云，计算到网络节点的距离；

10、步骤s6：根据距离筛选原始点云；

11、步骤s7：获得降噪后点云。

12、优选的，所述步骤s2包括：

13、s21：将原始点云投影至水平面，使其转化为二维点云；

14、s22：使用边界检测算法，提取二维点云中的边界点；

15、s23：根据边界点拟合出二维点云的边界曲线；

16、s24：给出扩展参数，对二维点云边界曲线进行向外扩展处理，确保其严格包围所有二维点云。

17、优选的，所述步骤s3包括：

18、s31：给出相应密度，生成完全覆盖步骤s2中二维点云边界的均匀平面点云；

19、s32：根据均匀平面点云是否在二维点云边界内部，剔除落于边界外的无用点云；

20、s33：将均匀平面点云置于原始点云下方，确保其无相交。

21、优选的，所述步骤s4包括：

22、s41：选择均匀平面点云中一点，并将该点标记为点p；

23、s42：生成以点p为圆心，给定参数r为半径的水平圆形平面s；

24、s43：若存在原始点云在水平圆形平面s上的投影落到其内部，则将s向上移动，直至其首次触碰到原始点云中的某一点；否则标记此点为空；

25、s44：记录当前水平圆形平面s对应的垂直坐标，并将此垂直坐标赋予点p；

26、s45：遍历所有平面点云，重复步骤s41～s44，使所有非空点都进行相关调整；

27、s46：遍历所有空点，搜寻其周边点的垂直坐标，进行双线性插值补全，由此完成所有平面网格节点的调整。

28、优选的，所述步骤s5包括：

29、s51：选择原始点云中一点p'；

30、s52：生成以点p'为圆心，给定参数r'为半径的水平圆形平面s'；

31、s53：若存在调整后的均匀点云在s'所在平面上的投影在s'内，则记录所有满足此条件的点到s'的距离，并求其均值d。

32、s54：重复步骤s51～s53，直至完成遍历所有原始点云。

33、优选的，所述步骤s6包括：

34、s61：设置给定阈值参数；

35、s62：根据给定阈值，遍历原始点云，去除平均距离d超出阈值的相关原始点云，获得滤波处理后点云。

36、(三)有益效果

37、与现有技术相比，本发明提供了一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，具备以下有益效果：

38、1.本发明中，通过步骤s2至s6的综合处理，能够有效地获取原始点云的边界信息，并生成平面网格，从而更准确地识别和调整噪声点，提高了滤波的准确性和效率，提高滤波效率和准确性。

39、2.本发明中，采用了基于二维点云的边界检测和平面网格生成方法，相比于传统的三维点云处理方法，能够大大降低数据处理的复杂度，提高了算法的实用性和可操作性，降低数据处理复杂度。

40、3.本发明中，通过根据距离筛选原始点云并设置给定阈值参数进行滤波处理，能够有效地去除噪声点，提高了点云数据的质量和可用性，实现更有效的降噪。

41、4.本发明中，在滤波过程中能够保留原始点云中的关键特征，如边界曲线和点云密度，确保滤波后的点云数据仍能够准确地反映水下地形或目标结构的特征，达到保留关键特征的目的。

技术特征：

1.一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

3.根据权利要求2所述的一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

4.根据权利要求3所述的一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，所述步骤s4包括：

5.根据权利要求4所述的一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，所述步骤s5包括：

6.根据权利要求5所述的一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其特征在于，所述步骤s6包括：

技术总结本发明涉及数据降噪方法技术领域，提出了一种多波束声呐测绘点云数据降噪方法，其能够有效地去除噪声、提取有效信息，并保留数据中的关键特征，从而为后续的地形重建、目标检测等应用提供可靠的数据基础，以提高数据的质量和可用性，包括如下步骤：首先读取原始点云数据，接着获取原始点云边界，将原始点云投影至水平面，使其转化为二维点云，使用边界检测算法，提取二维点云中的边界点，根据边界点拟合出二维点云的边界曲线，对二维点云边界曲线进行向外扩展处理，然后生成平面网格，而后遍历调整平面网格节点，之后遍历原始点云，计算到网络节点的距离，并且根据距离筛选原始点云，最后获得降噪后点云。技术研发人员：冯小星,史小鹏,施惠庆,曹春潼,高峰,王荣华,梅卫东,张燕,梅德权,马加梁,嵇红霖受保护的技术使用者：江苏龙源振华海洋工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2