[發(fā)明專利]一種基于局部參考坐標系的3D形狀匹配方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980002893.4
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN113168729B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李東;敖晟;田勁東;田勇
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/30;G06T7/00
• 代理公司: 深圳中一聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44414
• 代理人: 顏思晨

1.一種基于局部參考坐標系的3D形狀匹配方法，其特征在于，所述方法包括：

獲取現(xiàn)實場景的3D點云；

獲取所述現(xiàn)實場景的3D點云的特征點p；

為所述特征點p的第一球形鄰域建立局部參考坐標系，其中所述第一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；

基于所述局部參考坐標系，建立3D局部特征描述符并對所述第一球形鄰域內(nèi)的空間信息進行編碼，以獲得所述第一球形鄰域內(nèi)的3D局部表面信息；以及

將所述第一球形鄰域內(nèi)的3D局部表面信息與目標物體的3D局部表面信息進行匹配，以進行3D形狀匹配；

其中，所述為所述特征點的第一球形鄰域建立局部參考坐標系包括：

確定所述局部參考坐標系的z軸；

將所述第一球形鄰域內(nèi)的3D點集P投影至與所述z軸正交的平面L，得到投影點集P′，其中P＝{p₁,p₂,p₃,……,p_n}，P′＝{p′₁,p′₂,p′₃,……,p′_n}，n為所述第一球形鄰域內(nèi)的3D點的數(shù)量，其中所述平面L為z＝0處的平面；

對投影點集P′進行如下式所示的特征變換，以獲得比投影點集P′具有更大方差方向的點分布T：

T_i＝W_i(p′_i-p)+p，

其中所述特征變換中的參數(shù)W_i由第一參數(shù)w1_i、第二參數(shù)w2_i、第三參數(shù)w3_i中的至少兩個確定，其中所述第一參數(shù)w1_i與3D點p_i到所述特征點p的距離相關(guān)聯(lián)，所述第二參數(shù)w2_i與3D點p_i到所述投影點p′_i的距離相關(guān)聯(lián)，所述第三參數(shù)w3_i與3D點p_i到其一環(huán)鄰域點的平均距離相關(guān)聯(lián)，其中所述一環(huán)鄰域點為與所述3D點p_i相鄰的鄰域點，其中T＝{T_i}，i＝1,2,3,……,n；

對所述點分布T的如下式所示的協(xié)方差矩陣cov(T)進行特征值分解以確定所述協(xié)方差矩陣cov(T)的最大特征值所對應(yīng)的特征向量v′：

并根據(jù)如下定義對所述最大特征值所對應(yīng)的特征向量v′進行符號消歧以確定所述局部參考坐標系的x軸：

以及

將所述z軸和所述x軸的叉積確定為所述局部參考坐標系的y軸。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D形狀匹配方法，其特征在于，所述確定所述局部參考坐標系的z軸包括：

獲取第二球形鄰域內(nèi)的3D點集P_z，其中所述第二球形鄰域的原點與所述特征點p重合并具有大小為R_z的計算半徑，其中P_z＝{q₁,q₂,q₃,……,q_m}，m為所述第二球形鄰域內(nèi)的3D點的數(shù)量；

對所述3D點集P_z的如下式所示的協(xié)方差矩陣cov(P_z)進行特征值分解以確定所述協(xié)方差矩陣cov(P_z)的最小特征值所對應(yīng)的特征向量v：

其中為3D點集P_z的質(zhì)心；以及

根據(jù)如下定義對所述最小特征值所對應(yīng)的特征向量v進行符號消歧以確定所述局部參考坐標系的z軸：

其中n_j為3D點q_j的法向量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的3D形狀匹配方法，其特征在于，所述計算半徑R_z不等于所述支撐半徑R。