一種3d點云物體的快速檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于計算機視覺【技術(shù)領(lǐng)域】的一種3D點云物體的快速檢測方法。本發(fā)明為：步驟1：獲取場景的三維點云數(shù)據(jù)，下采樣待檢測物體的三維點生成變密度同心箱模型；步驟2：計算變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點的法向量；步驟3：下采樣變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點，提取各自的關(guān)鍵點，并生成其邊緣直方圖描述符；步驟4：生成變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的關(guān)鍵點的局部參考坐標(biāo)系；步驟5：進行關(guān)鍵點匹配；步驟6：進行相似性分析，最終發(fā)現(xiàn)待檢測物體。本發(fā)明可以有效的減少環(huán)境檢測的處理時間，同時保證環(huán)境檢測的有效性。
【專利說明】一種3D點云物體的快速檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機視覺【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種3D點云物體的快速檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 三維數(shù)據(jù)作為一種新的數(shù)字媒體形式，在近幾年引起了人們的廣泛關(guān)注。在數(shù)字 化現(xiàn)實世界的過程中，三維數(shù)據(jù)具有以往二維圖像所無法比擬的優(yōu)勢，它可以精確記錄物 體表面的幾何屬性以及物體在空間的三維信息。隨著當(dāng)前硬件技術(shù)不斷地發(fā)展，計算機視 覺系統(tǒng)將能夠理想地捕捉到世界的三維點云數(shù)據(jù)，處理這些三維點云數(shù)據(jù)，以便利用其固 有的深度信息。利用三維點云數(shù)據(jù)可以通過捕獲研究物體的位姿來得到更詳細的幾何形狀 信息，所以三維點云中提供的大數(shù)據(jù)量對環(huán)境檢測識別來說是非常有價值的。但是對三維 點云數(shù)據(jù)的處理需要大量密集型計算算法，且在多數(shù)情況下需要實時交互，所以對三維點 云數(shù)據(jù)耗費時間長。變密度同心箱視覺是指人類視覺系統(tǒng)對于客觀世界的視覺采樣在空間 分布上是不均勻的，是以變密度同心箱為中心逐漸降低感知分辨率的采樣過程。在中心保 持高分辨率，越往外分辨率越低。使用變密度同心箱視覺的處理方法可以降低處理三維點 云數(shù)據(jù)的時間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提出一種3D點云物體的快速檢測方法，其特征在于，該方法的具體步驟 為：
[0004] 步驟1 :獲取三維場景的三維點云數(shù)據(jù)，下采樣待檢測物體的三維點生成變密度 同心箱模型；
[0005] 步驟2 :計算變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點的法向量；
[0006] 步驟3 :下采樣變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點，將下采樣后 的三維點作為關(guān)鍵點，并生成其各自的邊緣直方圖描述符；
[0007] 所述邊緣直方圖描述符用來描述關(guān)鍵點的法向量信息；
[0008] 步驟4 :生成變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的所有關(guān)鍵點的局部參考 坐標(biāo)系；
[0009] 步驟5 :進行關(guān)鍵點匹配；
[0010] 步驟6 :進行相似性分析，最終發(fā)現(xiàn)待檢測物體。
[0011] 所述步驟1中變密度同心箱模型生成步驟具體為：
[0012] 子步驟11 :生成一個體積為Sc!的箱子，設(shè)為0級同心箱；Sc!為覆蓋住待檢測物體 的最小體積；
[0013] 子步驟12 :對0級同心箱內(nèi)的待檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)進行下采樣，得到體積 為SIJ^m級同心箱；
[0014] 子步驟13 :依次對0級和k級同心箱之間的待檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)進行下采 樣，得到m+Ι個同心箱，其中，k=l，一,111:
[0015] 其中，k級同心箱的體積為，

【權(quán)利要求】
1. 一種3D點云物體的快速檢測方法，其特征在于，該方法的具體步驟為： 步驟1 :獲取三維場景的三維點云數(shù)據(jù)，下采樣待檢測物體的三維點生成變密度同心 箱模型； 步驟2 :計算變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點的法向量； 步驟3 :下采樣變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的三維點，將下采樣后的三 維點作為關(guān)鍵點，并生成其各自的邊緣直方圖描述符； 所述邊緣直方圖描述符用來描述關(guān)鍵點的法向量信息； 步驟4 :生成變密度同心箱模型和數(shù)據(jù)庫中待檢測物體的所有關(guān)鍵點的局部參考坐標(biāo) 系； 步驟5:進行關(guān)鍵點匹配； 步驟6 :進行相似性分析，最終發(fā)現(xiàn)待檢測物體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中變密度同心箱模型生成步驟 具體為： 子步驟11 :生成一個體積為&的箱子，設(shè)為0級同心箱；\為覆蓋住待檢測物體的最 小體積； 子步驟12 :對0級同心箱內(nèi)的待檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)進行下采樣，得到體積為Sm 的m級同心箱； 子步驟13 :依次對0級和k級同心箱之間的待檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)進行下采樣， 得到m+1個同心箱，其中，k=l，一,111: 其中，k級同心箱的體積為
其所包圍的待檢測物體的三維 點云數(shù)據(jù)的密度為dk :dk = c^+k^-cU/m，屯為0級同心箱與1級同心箱之間所包圍的待 檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)的密度，4為m級同心箱所包圍的待檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)的 密度； 同心箱的體積由0級到m級逐漸減?。? 同心箱所包圍的檢測物體的三維點云數(shù)據(jù)的密度由〇級到m級逐漸增大； 子步驟14 :得到的m+1個同心箱構(gòu)成變密度同心箱模型； 所述變密度同心箱模型的同心箱中心為F(0,0,0)，位于m+1個同心箱的中心；F = F'-Sd/^F'是場景坐標(biāo)系的同心箱中心；F' = 5m+Sm/2, 級同心箱與m-1級同心箱 之間的距離差；k級同心箱與k-Ι級同心箱之間的距離差為Sk:
.， δ k ε R3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟6中進行相似性分析后若沒有 發(fā)現(xiàn)待檢測物體，則引入擴張因子G，通過擴大同心箱體積等級來增加其包圍的三維點的數(shù) 量，返回步驟2重新對待檢測物體進行檢測； 所述擴大同心箱體積等級具體是：使擴大后的〇級同心箱的體積不變，m級同心箱的密 度不變，擴大后的m-j'級同心箱的密度變得和擴大前m-j' +1級同心箱密度一樣，j'= 1,2, ".jm-l。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述擴張因子G= (Sx，Sy，Sz) eR3,其中 Sx，Sy，Sz分別為x軸，y軸和z軸方向的比例因子； k級同心箱在X軸方向上的體積擴張公式為：
其中，Skx表示X軸方向上k級同心箱體積的大小；S' kx表示擴張后的X軸方向上k級 同心箱體積的大?。沪?kx表示X軸方向上k級同心箱與k-Ι級同心箱之間的距離差； k級同心箱在y軸方向上的體積擴張公式為：
其中，Sky表示y軸方向上k級同心箱體積的大??；S' ky表示擴張后的y軸方向上k級 同心箱體積的大??；δ ky表示y軸方向上k級同心箱與k-Ι級同心箱之間的距離差； k級同心箱在z軸方向上的體積擴張公式為：
其中，Skz表示z軸方向上k級同心箱體積的大?。籗' kz表示擴張后的z軸方向上k級 同心箱體積的大?。沪?kz表示z軸方向上k級同心箱與k-Ι級同心箱之間的距離差。
【文檔編號】G06T7/00GK104123724SQ201410324564
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】吳華, 楊國田, 冷強, 柳長安, 劉春陽 申請人:華北電力大學(xué)