基于点云数据的树木骨架提取算法

来源：中国农机化学报杂志2026年第3期北京时间：

作者：任力生, 王雷, 王芳

单位：1. 河北农业大学信息科学与技术学院，河北保定，071001；2. 河北省农业大数据重点实验室，河北保定，071001

摘要：树木点云模型对树木保护、树木生长情况监测、构造数字孪生体具有重要意义。传统的点云骨架提取算法在提取树木点云骨架时，会出现对原始树木分叉处以及树枝生长的最外边界不能正确提取的问题。基于此，提出一种基于点云的树木点云骨架提取算法。首先，采用基于K—means的改进L1—中值骨架提取算法来提取树枝中间点，利用凸包算法对树木外边界点进行提取，并提出一种基于树木外边界点进行最近点搜索算法来提取树木分叉点。然后，将中间点、分叉点、边界点相融合得到树木点云骨架点。结果表明，通过豪斯多夫距离和倒角距离的定量评估，本算法提取的骨架点与原始点云具有较高的匹配度。相较于传统方法，本算法提取的骨架点经过归一化处理后，豪斯多夫距离和倒角距离均小于0.5，且整体表现优于对比算法。此外，采用三次贝塞尔曲线进行骨架线连接，能够有效保持树木的原始拓扑结构特征，显著提升骨架提取的准确性和完整性。

关键词：树木骨架,点云数据,凸包算法,体素

基金资助：河北省科技计划项目（19220119D）