[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: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T17/30;G06T7/00
• 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

提出了一種基于局部參考坐標系的3D形狀匹配方法及裝置。所述方法在獲取3D點云及特征點之后，將特征點集投影至一平面，并利用3D點到特征點的距離、3D點到投影點的距離、3D點到其一環(huán)鄰域點的平均距離中的至少一個因子來對投影點做特征變換以獲得比投影點集具有更大方差方向的點分布，并基于進行特征變換后的所述點分布來確定所述局部參考坐標系。基于這種局部參考坐標系而建立的3D局部特征描述符可以更魯棒的對3D局部表面信息進行編碼，從而獲得更好的3D形狀匹配效果。

技術領域

本申請屬于3D形狀匹配領域，尤其涉及一種基于局部參考坐標系的3D形狀匹配方法及裝置。

發(fā)明背景

隨著三維掃描建模和三維重建技術的不斷發(fā)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(jiān)控、電子商務、機器人、生物醫(yī)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(huán)節(jié)，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(xù)的姿態(tài)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點云的局部特征進行描述是整個方法的核心部分，也是決定3D形狀匹配或3D目標識別的精度的關鍵因素。為了建立精準、魯棒的3D局部特征描述符，關鍵在于如何為3D點云的局部特征建立可重復且魯棒的局部坐標參考系。

為了保持對遮擋和雜亂的區(qū)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(jié)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(qū)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(fā)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(fā)明內容

為了解決以上技術問題，本申請?zhí)岢隽艘韵录夹g方案。

根據本申請的第一方面，提出了一種基于局部參考坐標系的3D形狀匹配方法，所述方法包括：

獲取現實場景的3D點云；

獲取所述現實場景的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的空間信息進行編碼，以獲得所述第一球形鄰域內的3D局部表面信息；以及

將所述第一球形鄰域內的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：