[發明專利]3D場景中3D對象的識別和姿態確定

有效

• 申請號: 201010292836.5
• 申請日: 2010-09-25
• 公開（公告）號: CN102236794A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 伯特倫·海因里希·德羅斯特;馬庫斯·烏爾里希
• 申請（專利權）人: MV科技軟件有限責任公司
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06T17/00
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;鐘錦舜

技術領域

本發明通常涉及機器視覺系統，更特別地，涉及3D場景中的3D對象的識別和定位。

背景技術

3D對象識別是很多計算機視覺應用的一部分。與處理平面的強度圖像(intensity?image)的基于圖像的計算機視覺相比，3D計算機視覺處理三維信息，并且對于需要檢查或操控的非平面對象和表面尤其重要。已開發了很多不同方法和傳感器，用于獲取場景的3D表面信息。這些方法中的很多是返回所謂的深度圖像(range?image)，這是一種在每一點的值表示場景表面距相機的距離的圖像。如果傳感器經過校正并且其內部參數是已知的，則深度圖像可以變換為其中每個點的X坐標、Y坐標和Z坐標是已知的3D場景。此外，可以組合來自多個傳感器的信息來得到無法表示為深度圖像的3D場景。與現有技術相反，本發明的方法能夠識別任意3D場景中任何形狀的任何形式的對象，并且無需近似姿態作為先驗信息。

基于描述符或特征的技術基于通過使用表面描述符而找到場景中的3D點與對象上的3D點之間的對應關系。表面描述符使用低維度表示方式來表示該表面上的點周圍的表面。通常，對于對象的表面上的所有點計算表面描述符并且將其存儲于數據庫中。為了識別場景中的對象，對于場景中的點計算表面描述符，并且使用預先計算出的數據庫搜索對應的對象點。一旦找出足夠的對應關系，就可以恢復對象的姿態。在Campbell和Flynn(A?Survey?Of?Free-Form?ObjectRepresentation?and?Recognition?Techniques，2001，Computer?Vision?and?ImageUnderstanding，Vol.81，Issue?2，pp.166-210(自由形式對象表示與識別技術縱覽，2001，計算機視覺和圖像理解，第81卷，第2期，166至210頁))，Mamic和Bennamoun(Representation?and?recognition?of?3D?free-form?objects，2002，DigitalSignal?Processing，Vol.12，Issue?1，pp.47-76(3D自由形式對象的表示與識別，2002，數字信號處理，第12卷，第1期，47至76頁))以及Mian等人(AutomaticCorrespondence?for?3D?Modeling：An?Extensive?Review，2005，International?Journalof?Shape?Modeling，Vol.11，Issue?2，p.253(用于3D建模的自動對應：外延評審，2005，形狀建模國際期刊，第11卷，第2期，253頁))給出了不同表面描述符的大量概述。

依靠通過局部描述符進行對應關系搜索的方法具有若干缺點。首先，局部描述符無法區分對象上的各相似表面部分(例如較大的平面小塊)。這樣的相似部分產生相同或者相似的局部描述符，并且進而導致場景與對象之間的不正確的對應關系。影響半徑增大從而使得不相似的表面部分包括于描述符的構造中，這產生對該表面的丟失部分的敏感性，這對于封閉或者傳感器問題是頻繁出現的。第二，局部描述符通常太慢而無法在實時系統中實現，并且需要若干秒的處理時間。第三，局部描述符對于雜波(clutter，即不屬于感興趣的對象的場景部分)敏感。此外，局部描述符需要3D場景數據的密集表示，該密集表示通常是不可用的。最后，當前描述符對于實時應用并非足夠快。