[发明专利]基于相关点漂移和动态形变图的三维形状非刚性对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维形状的非刚性自动对准的方法，具体为一种基于相关点漂移和动态形变图的三维形状非刚性对准方法。

背景技术

真实准确的数字化重建现实生活中物体是计算机视觉研究领域的一个重要问题，而物体的对准是在计算机中真实重建现实生活中物体的一个重要步骤。三维形状对准的目的就是找到两个或者多个三维形状的顶点之间准确的对应关系，通过减小对应顶点之间的距离使物体发生形变。三维形状的刚性形变的对准已经成为一种很成熟的技术，并且已经在很多商业软件中成功应用。然而，当现实生活中,存在着大量的非刚性物体,当这些非刚性物体发生非刚性形变时，许多基于三维形状刚性形变对准的重建的假设和方法已经不再适用，非刚性形变物体的对准已经成为一个急需解决的技术问题。

在目前国内外公开的文献中，Tingbo Hou,Hong Qin，“Robust Dense Registration of Partial Nonrigid Shapes”：IEEE TRANSACTIONS ON VISUALIZATION AND COMPUTER GRAPHICS2011中提出了一种基于热核坐标(HKCs)的对准办法，通过热核坐标确定图形中点的邻域，从而确保对准过程中的顶点周围的几何相容性。该方法通过计算多个热源的热核来确定HKCs索引点，然后以索引点的级数大小作为对准过程中寻找对应点的依据。在具体实现时，首先通过特征检测和匹配确定热核的热源，然后通过增长的方法逐步的对齐热源之外的其他点。Andriy Myronenko,Xubo Song，“Point Set Registration:Coherent Point Drift”：IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCEE,2010中提出了一种基于相关点漂移算法的点云概率对准概率模型。该模型将目标点云中的点源点云中的点看作是由高斯混合模型产生的数据点，目标点云看作是高斯混合模型中各个模型的中心。通过计算源点云中的点与目标点云中每个单高斯模型中心对应的后验概率，依据后验概率的大小从而确定源点云和目标点云之间点的对应关系。Thomas Fabry，Dirk Smeets，Dirk Vandermeulen，Paul Suetens，“3D non-rigid point cloud based surface registration based on mean shift”：WSCG2010中提出了一种基于mean shift的无结构点云的对准办法。通过对形变建立不同的正则化模型，来进行三维点云的对准。Qi-Xing Huang，Bart Adams，Martin Wicke，Leonidas J.Guibas，“Non-Rigid Registration under Isometric Deformations”：Eurographics Symposium on Geometry Processing2008中解决了等体积三维形状的对准问题。

但上述几种三维形状的对准方法有几点不足：

(1)基于热核坐标的部分形变对准方法要求对准物体不能有大的缺失，并且只能应对局部的较小的形变。

(2)基于相关点漂移的对准算法虽然能够应对较大的形变，但其对象为点云，且由于没有考虑到三维形状点与点之间的连接关系,对准过程中不能保证三维形状的几何特性,容易产生畸变,对准精度有限。

(3)基于mean shift的对准算法，除具有(2)的缺陷外，还存在着不能应对非均匀采样和非自然形变的问题。

(4)基于等体积物体的非刚性对准，要求三维形状必须为完整的且体积想等的三维形状。

发明内容

为了克服现有对准方法性能差，易产生畸变，对三维形状完整性要求高，适用范围小，对准精度低的问题，本发明提供一种基于相关点漂移和动态形变图相结合的改进的三维形状非刚性形变的自动对准方法，该对准方法是一种全局的方法，可以对通用物体的完整或不完整三维模型以及CAD模型进行自动对准。首先，对三维形状和和其动态形变图进行相关点漂移，来进行初步校准；接着，对于初步对准的三维形状，通过均匀向下采样建立起每个三维形状的动态形变图；最后，通过优化建立的基于动态形变图的能量函数，实现三维形状的精确对准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述一种基于相关点漂移和动态形变图的三维形状非刚性对准方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤1：相关点漂移的点云对准：