[發明專利]一種基于幾何一致性約束的三維目標識別方法及系統

有效

• 申請號: 202110622577.6
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113435256B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李中偉;鐘凱;李蹊;吳浪;王從軍;史玉升
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06V20/64
• 分類號: G06V20/64;G06V10/44;G06K9/62
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 王穎翀

本發明公開了一種基于幾何一致性約束的三維目標識別方法及系統，利用局部幾何一致性約束對初始的對應點對進行聚類和排序，僅保留置信度分數較高的對應點對以減少姿態估計的計算量；然后利用每個對應點對聚類中的特征點和鄰域點構建局部參考坐標系以計算候選姿態，構建的局部參考坐標系的魯棒性和重復性好，有助于提高姿態估計的準確性；最后利用全局幾何一致性約束對候選姿態根據其置信度進行排序，從而確定最優姿態即識別結果。本發明可以在高遮擋和雜波的三維場景中快速準確地識別出感興趣的目標物體。

技術領域

本發明屬于三維目標識別技術領域，更具體地，涉及一種基于幾何一致性約束的三維目標識別方法及系統。

背景技術

三維目標識別是計算機視覺領域最活躍的研究領域之一，在三維形狀檢索、車輛導航、機器人抓取等領域有著廣泛的應用前景。近些年來，隨著低成本三維測量設備的不斷涌現，三維目標識別的研究取得了很大的進步。

三維目標識別通常可以分為兩個階段：第一階段，通過構造和匹配三維局部特征描述子，從而獲得許多模型和場景之間的對應點對。然而，在實際場景中，由于雜波和遮擋的存在，初始對應點對中部分點對的準確性不高；因此，在第二階段，利用初始對應關系計算目標的六自由度姿態，即通過對初始對應點對進行處理，如對應點對排序、姿態估計和驗證，識別出感興趣的目標。現有技術通常采用隨機采樣一致性算法進行姿態估計或利用單個特征點構建局部參考坐標系從而計算變換關系，然而，隨機采樣一致性算法的計算效率較低，利用單個特征點構建局部參考坐標系的重復性較差，會降低識別算法的準確率。

由此可見，如何從高遮擋和雜波的三維場景中快速、準確地識別出感興趣的目標是當前亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于幾何一致性約束的三維目標識別方法及系統，由此解決現有的識別方法識別效率和準確性較低的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于幾何一致性約束的三維目標識別方法，包括：

S1，依次以待識別場景各點為場景特征點q_i，確定與q_i對應的各鄰域點q_jn，并基于待識別場景各點與目標模型各點的初始對應關系(p，q)，構建特征點對c_i＝(p_i，q_i)及與c_i對應的各鄰域點對c_jn＝(p_jn，q_jn)；

S2，基于p_i及p_jn，建立n個模型局部參考坐標系；基于q_i及q_jn，建立n個場景局部參考坐標系；

其中，模型局部參考坐標系的構建過程為：以p_jn為原點，以p_jn的法向量n_j為z軸，將p_i投影到法向量n_j的切平面上，投影點記作p′_i，以從p_jn指向p′_i的單位向量u_j作為x軸，將對n_j和u_j利用右手法則得到的單位向量v_j作為y軸；場景局部參考坐標系的構建過程同理；

S3，將第n個模型局部參考坐標系變換至第n個場景局部參考坐標系的變換矩陣記為候選姿態T(c_i，c_jn)，計算各候選姿態的置信度，將置信度最高的候選姿態作為識別結果；