[發明專利]三維彩色點云點特征描述方法

有效

• 申請號: 201410214551.8
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103985149B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 袁夏;李捷;陳正兵;陳星宇;趙春霞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/90
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明屬于一種特征提取方法，特別是一種彩色點云點特征的提取方法。

背景技術

隨著傳感器技術的進步，三維點云的獲取越來越容易，如何理解以點云表示的三維場景是智能機器人導航、環境建模、體感游戲等領域要解決的重要問題。直接以點為計算單位理解一個點云場景是難以實現的，適用幾何推理技術提取緊湊、有效的點特征能夠更好的描述點云，便于開展下一步的計算。一個點的表面曲率和法向量是使用的最廣泛的特征，在數據配準、分割等方面應用廣泛。采用點特征直方圖描述一個空間點的特征是近年來使用較多的方法。

目前對點云中點特征的描述方法都只考慮點的幾何特征，對點的描述只包含空間集合信息，而不能還原出點本身的顏色信息，以及不能為彩色點云的配準、聚類、分割等提供計算依據。從底層數據融合的角度，如何描述彩色點云這種既包含空間幾何信息又包含真實顏色信息的彩色空間點的特征是目前著重需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種有效且穩定地描述三維彩色點云中彩色空間點的特征的描述方法，從而便于對使用彩色點云表示的三維場景或模型開展分析和計算。

一種三維彩色點云點特征描述方法，包含以下步驟：

步驟1，顏色空間轉換，將三維彩色點云中點的顏色值從原顏色空間轉換到Lab顏色空間；

步驟2，近鄰搜索，以r為半徑，計算點云中各點在半徑r內的近鄰點；

步驟3，法向量計算，計算點云中各點與近鄰點空間坐標的協方差矩陣，并計算該協方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應的特征向量即為該點的法向量方向；

步驟4，計算點云中各點的顏色特征；

步驟5，計算點云中各點的幾何特征；

步驟6，根據各點的顏色特征和幾何特征，計算彩色點云點的特征直方圖。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：通過融合空間彩色點的顏色特征和幾何特征，在一定半徑的空間鄰域內統計計算得到點的特征直方圖，該直方圖的分布能夠較穩定的描述一個空間彩色點，并有一定的抗光照亮度變化的能力，從而為彩色點云的配準、聚類、分割等提供計算依據。

附圖說明

圖1為根據某點及其近鄰計算特征時如何取點對；

圖2為位于彩色點云種不同類型表面上的點的特征直方圖示例。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

一種三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，包含以下步驟：

步驟1，顏色空間轉換，將三維彩色點云中點的顏色值從原顏色空間轉換到Lab顏色空間，其中Lab顏色空間的顏色分量a和顏色分量b的值域均為[-128,127]，顏色分量L不參與計算。

步驟2，如圖1所示，以r為半徑對點p_i近鄰搜索，計算三維彩色點云中點p_i在半徑r內的k個近鄰點；

步驟3，法向量計算，計算三維彩色點云中點p_i與半徑r內的近鄰點空間坐標的協方差矩陣，并計算該協方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應的特征向量即為該點p_i的法向量方向。

步驟4，計算三維彩色點云中各點的顏色特征，具體步驟如下：

步驟4.1，取三維彩色點云中的點p_i和其k個近鄰點共k+1個點，i是三維彩色點云中點的索引值，將所取的k+1個點記為{q_(i',1),q_(i',2),...,q_(i',k),q_(i',k+1)}，令p_i＝q_(i',1)，q_(i',ε),ε∈[2,k+1]為點p_i的近鄰點，其中i'＝i；

步驟4.2，初始化點p_i的Lab顏色分量，取點p_i及其k個近鄰點的k+1顏色分量a的中值作為點p_i的初始化顏色分量取點p_i及其k個近鄰點的k+1顏色分量b的中值作為點p_i的初始化顏色分量其中a_τ,b_τ為q_(i',τ)的顏色分量a和顏色分量b，τ＝1,2,...,k+1；