[發明專利]采用輔助軸的3D物體局部表面描述方法、裝置及存儲介質

有效

• 申請號: 201911374276.5
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN113033270B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 李東;敖晟;田勁東;田勇
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: G06V20/64
• 分類號: G06V20/64
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 顏思晨

提出了一種采用輔助軸的3D物體局部表面描述方法、裝置及存儲介質。所述方法包括：獲取場景的3D點云；提取所述場景的3D點云的特征點p；為所述特征點p的球形鄰域建立局部參考坐標系；以及基于所述局部參考坐標系建立3D局部特征描述符，并使用所述3D局部特征描述符對所述球形鄰域內的3D點集P進行編碼，以表征所述球形鄰域內的3D物體局部表面信息。其中，通過采用一輔助軸z′軸與局部參考坐標系的z軸的叉積來確定所述局部參考坐標系的x軸，并將用于計算所述局部參考坐標系的z軸的計算半徑配置為根據網格分辨率進行自適應調整，使得最終得到的局部參考坐標系是可重復的、魯棒的以及抗噪聲的，并且幾乎不受網格分辨率的影響。

技術領域

本申請屬于3D形狀匹配領域，尤其涉及一種采用輔助軸的3D物體局部表面描述方法、裝置及存儲介質。

發明背景

隨著三維掃描建模和三維重建技術的不斷發展，3D目標識別已經成為計算機視覺領域的一個研究熱點，并在智能監控、電子商務、機器人、生物醫學等方面有著廣泛地應用。3D形狀匹配，作為3D目標識別中最為重要的環節，主要包括基于全局特征的3D形狀匹配方法和基于局部特征的3D形狀匹配方法。雖然基于全局特征的3D形狀匹配方法速度快，但是基于局部特征的3D形狀匹配方法對遮擋和雜亂更加魯棒，并且能夠使后續的姿態估計更為精確。在基于局部特征的3D形狀匹配方法中，使用3D局部特征描述符對3D物體的局部表面進行描述是整個方法的核心部分，也是決定后續3D形狀匹配或3D目標識別的精度的關鍵因素。

為了保持對遮擋和雜亂的區分性和魯棒性，很多3D局部特征描述符已經被提出來并進行了廣泛的研究。這些3D局部特征描述符可以被分類為兩大類，即基于局部參考軸(LRA，Local Reference Axis)的描述符和基于局部參考坐標系(LRF，Local ReferenceFrame)的描述符。其中局部參考坐標系由三個正交軸構成，而局部參考軸僅包含單個定向軸。僅僅定義單個定向軸的局部參考軸只能提供徑向和仰角方向的信息，這會導致3D局部特征描述符缺乏足夠的細節信息。相反，具有局部參考坐標系的3D局部特征描述符利用三個軸可以充分地編碼3D局部表面的空間分布和/或幾何信息，其不僅具有旋轉不變性而且還極大地增強了3D局部特征描述符的區分性。

目前，局部參考坐標系可以分為基于協方差分析(CA，Covariance Analysis)的局部參考坐標系和基于幾何屬性(GA，Geometric Attribute)的局部參考坐標系。然而，由于通過采集設備獲取3D點云數據時不可避免地會存在一些噪聲干擾、復雜場景下多個目標會存在遮擋和雜亂以及3D傳感器與目標間距離的變化會導致點云分辨率發生改變等原因，目前大部分基于協方差分析的局部參考坐標系通常存在很低的可重復性和方向分歧(signambiguity)問題，而基于幾何屬性的局部參考坐標系容易受嚴重噪聲和網格分辨率的影響，因此建立可重復、魯棒、抗噪聲以及不受網格簡化影響的局部參考坐標系仍然是一個難題。

發明內容

為了解決以上技術問題，本申請提出了以下技術方案。

根據本申請的第一方面，提出了一種采用輔助軸的3D物體局部表面描述方法，所述方法包括：

獲取場景的3D點云；

提取所述場景的3D點云的特征點p；

為所述特征點p的球形鄰域建立局部參考坐標系，其中所述球形鄰域的原點與所述特征點p重合并具有大小為R的支撐半徑，所述局部參考坐標系的原點與所述特征點p重合并具有正交歸一化的x軸、y軸和z軸；以及

基于所述局部參考坐標系建立3D局部特征描述符，并使用所述3D局部特征描述符對所述球形鄰域內的3D點集P進行編碼，以表征所述球形鄰域內的3D物體局部表面信息；

其中為所述特征點p的球形鄰域建立局部參考坐標系包括：