[發明專利]基于分步三維空間-特征域映射的點云直線特征提取方法

有效

• 申請號: 201210210773.3
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102750449A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 李旭東;趙慧潔;李偉;姜宏志
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及基于分步三維空間-特征域映射的點云直線特征提取方法，它是空間點云處理及三維對象特征提取的一種方法，具體涉及一種空間點云直線的提取方法，從而方便實現對目標相對姿態的測量，屬于三維測量及計算機視覺技術領域。

背景技術

三維點云數據的獲取技術已經比較成熟，常見的方法有基于雙目立體視覺獲取高精度點云信息、通過激光掃描方式快速獲得對象的點云信息，以及其他的三維點云獲取技術。眾多三維對象中，直線是常見的重要的特征，利用直線特征，可以直接實現點云目標的基本結構探測、姿態變化測量、固定長度度量等。

常見的直線特征提取方法是對空間局部點云直接進行空間直線擬合，將每個特征點計算所得直線參數在參數空間累加器計數，最終根據累加結果確定直線分布。但結果精度受特征點云的直線寬度、累加器分割方法等影響較大。

發明內容

技術問題：本發明提出了一種在特征點云中提取直線特征的方法，通過分步的三維空間-特征域映射分別將直線的方向與位置探測出來，從而對特征點云實現初步的理解，對后期的姿態測量與點云目標識別有重要意義。

技術方案：要從所給的特征點云中識別空間直線，本發明提供了一種基于分步三維空間-特征域映射的點云直線特征提取方法，用于從特征點云中探測存在的直線結構，從而加深對三維點云數據的理解。

首先介紹直線的表達，一條直線的一般表達形式為且向量(A,B,C)表示了直線的空間方向，但該表達式中有6個參數，實際上一條直線的自由度為4，因此還有兩個約束條件存在。若用一般形式的直線方程表達式，數據處理會比較復雜。使用更有效的空間直線表示方法，用四個參數(α,β，ρ,θ)即可完整表示直線，其中α,β表示直線從(1，0，0)到所處方向經過的經緯方向的角度，ρ,θ為直線延α,β方向投影后在目標平面的極坐標信息。

一種基于分步三維空間-特征域映射的點云直線特征提取方法，主要適用于從三維點云中提取直線特征，該方法運用了Hough變換原理，分步對點云直線特征進行提取。首先對每個點進行鄰域搜索，并用鄰域點集確定某點的空間方向，通過在參數空間觀察指向分布找出可能存在的直線方向。將原始點云按照提取的直線方向投影，在二維平面直線上的點理論上會匯聚于一個區域內，對投影點借用近鄰函數準則算法原理進行分析，估計直線的投影點，從而得到各直線的全部參數。

本發明基于分步三維空間-特征域映射的點云直線特征提取方法，該方法具體步驟為：

步驟一：特征點云中某點鄰域的確定。首先用KD-TREE算法構建全體點云的結構樹，根據點云的坐標分布將原始點云細分到不同區域，由于細分過程是基于坐標信息的，可直接根據區域地址信息實現最近點的搜索，以大幅提高搜索速度。快速構建出指定點的臨近點集。

步驟二：特征點云中某點方向的確定。某點方向的確定要根據該點鄰域的點云的坐標分布來確定。如果某點屬于直線特征，使用用鄰域點集與該點坐標差所得向量表示。其鄰域點集提供的方法如下：