[發明專利]一種基于點云局部凹凸性的三維碎塊拼接方法

有效

• 申請號: 202011402042.X
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112419464B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 賈彩琴;韓燮;龐敏;常波波
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T19/20
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種基于點云局部凹凸性的三維碎塊拼接方法。針對三維剛體碎片嚴重腐蝕且部分丟失的情況，使得碎片復原工作變得更加困難且高額的時間效率，本發明提出的方法包括關鍵點提取，特征描述子的生成與匹配，還有錯誤匹配點的剔除等步驟，可以有效的融合碎塊的多個特征，并在有丟失的碎塊模型上獲得不錯的拼接結果。

技術領域

本發明屬于計算機視覺技術領域，具體涉及一種基于點云局部凹凸性的三維碎塊拼接方法。

背景技術

隨著計算機技術的發展，三維剛體碎塊拼接復原工作也進入了信息時代，利用數字化手段對碎塊進行虛擬復原，即計算機輔助碎塊拼接技術得到了長足的發展。數字化虛擬修復技術是指是用數字圖像處理、三維信息處理、虛擬現實及可視化等相關技術，用數字化的方式永久保存和展示珍貴物品。三維碎塊拼接技術已經在文物修復、醫學研究、對象識別以及遙感圖像處理等領域中有著重要的應用價值。

三維碎塊拼接技術方法通常依據碎塊的厚度，分為基于斷裂面的匹配技術和基于輪廓線的匹配技術?；谳喞乃閴K拼接方法，通過邊界提取，得到碎塊的輪廓曲線，根據其拼合程度判斷其是否拼合，該方法大部分利用在二維圖像拼接中，或者碎片斷裂面很薄的情況，多用于壁畫拼接，但是該方法并不適用于對于輪廓不明顯，邊界模糊的碎塊?；跀嗔衙娴乃閴K拼接是最為常用的方法，根據識別相鄰碎片間斷裂區域的相似性來完成拼接。由于斷裂面比較復雜且凹凸不平的形狀，所以在拼接過程中難以定義斷裂面的顯著特征。另外如果碎塊表面由于腐蝕有微小的斷裂塊，導致數據的丟失，使得拼接檢測更為復雜。

發明內容

由于三維剛體碎片嚴重腐蝕，且部分丟失的情況，使得碎片復原工作變得更加困難且高額的時間效率。針對此問題，本發明提供一種基于點云局部凹凸性的三維碎塊拼接方法，該方法包括關鍵點提取，特征描述子的生成與匹配，還有錯誤匹配點的剔除等步驟。

為了達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

一種基于點云局部凹凸性的三維碎塊拼接方法，包括以下步驟：

步驟1，對原始點云模型進行均勻采樣，得到新的點云模型，記為{p₁,p₂,...,p_N}；

步驟2，將其中一塊碎塊作為源模型，待匹配的碎塊作為目標模型，采用符號投影距離的方法來提取源模型和目標模型的關鍵點集合，將源模型的關鍵點集合記為目標模型的關鍵點集合記為/其中N_S和N_T分別為源模型和目標模型的關鍵點數，并根據投影距離的符號描述關鍵點的凹凸性；

步驟3，利用多尺度協方差矩陣描述子分別對步驟2得到的源模型和目標模型的關鍵點集合P_S和P_T中的每個關鍵點及其鄰域信息進行描述，得到源模型特征描述子集合和目標模型特征描述子集合/n_s和n_t分別為源模型和目標模型的特征描述子數量；

步驟4，將步驟3獲得的源模型特征描述子集合F_S中的每個特征描述子f_si對目標模型特征描述子集合F_T中的每個特征描述子f_tj進行相似性計算，獲得一組關鍵點的初始特征匹配點對集合，記為其中n_s為初始特征匹配點對的個數；

步驟5，獲得初始特征匹配點對集合S后，由于其中包含很多錯誤的匹配點對，錯誤點對剔除是非常有必要的。隨機采樣一致性的采樣策略(RANSAC)是解決該問題一種常用的方法，盡管該方法可以找到正確的旋轉矩陣參數，但是在內點含量較少的情形下，RANSAC計算成本會逐步增加，本發明采用有效的隨機采樣一致性的采樣策略從集合S中抽取最小采樣子集，并逐一對剩余初始特征匹配點對進行假設驗證，最終將得到最大一致性集合作為正確特征匹配點對集合，記為其中n_c為正確特征匹配點對的個數；