[发明专利]一种三维点云的局部特征提取方法及装置

说明书

本申请提供的三维点云的局部特征提取方法及装置，基于与每个体元素的点对应的局部参考系来计算待提取特征点与相邻体元素的点的角度信息和凹凸信息，能够准确的计算两点之间的特征关系，具有平移、旋转不变的性质，并且由于提取同时将局部点云的凹凸信息包含进去，解决了以往3D局部特征描述时忽略凹凸二义性而导致提取不准的问题。在归一化处理时，采用指数归一化处理及第二范式归一化处理，解决了特征提取时，向量中少量元素过大或过小所导致的相似度计算不准确的问题，从而能提高所提取的三维局部特征的准确性。

技术领域

本申请涉及一种三维点云的局部特征提取方法及装置。

背景技术

随着三维激光扫描技术的快速发展，三维数字几何模型已成为数字音频、数字图像、数字视频之后的第四种数字媒体形式，其相关基础理论和关键技术研究已经发展成为一门新的学科—数字几何处理，并逐渐在计算机辅助设计、动漫游产业、生物医药、数字文化遗产保护等领域取得了广泛的应用。另外，微软Kinect以及Primesense(一种体感技术设备)等硬件设备的兴起，3D(3Dimensions，三维)点云信息的获取变得更为方便快捷。在3D视觉中，局部特征提取一直是点云处理的最关键部分，局部特征描述子则是用于描述提取到的点云的局部特征性。因而无论是3D物体识别，还是3D重建领域，局部特征描述子都起到了非常重要的作用。

目前，对3D局部特征描述子(3D局部特征提取)的研究成果基本分为三类：一种是基于签名的，该方式对局部点云去计算出一个签名作为它的特征描述，主要包括点签名(Point Signature)，3D点指纹(3D Point Fingerprint)，3D-SURF等；另一种是基于直方图的，该方式是对局部点云计算直方图得到局部特征描述的，主要包括旋转图像(SpinImage)，3D形状内容描述子(3D Shape Contexts)；还有一种是新近提出的一种包含签名和直方图的3D局部特征描述子SHOT，SHOT描述子同时具有签名和直方图的优点，能够很好地使用在3D点云处理中。

但是，现有技术中三种3D局部特征描述子均忽略了点云表面的凹凸性特征，使得提取的局部特征容易产生二义性，因而应用在三维点云的处理上常常会出现估计不准确的情况发生。现有技术的局部特征提取的准确性还有待提高。

发明内容

本申请提供一种三维点云的局部特征提取方法及装置，能够提高三维点云的局部特征的提取精确度。

根据本申请的第一方面，本申请提供的三维点云的局部特征提取方法，包括：分别计算待提取的局部特征点与预设的点云球体中每个体元素的点的角度信息以及计算所述待提取的局部特征点与每个所述体元素的点之间的曲面的凹凸信息，所述预设的点云球体中包含若干个体元素，所述体元素与所述待提取局部特征点相邻；根据所述角度信息以及所述凹凸信息进行直方图统计，生成与每个所述体元素一一对应的直方图；将与预设的点云球体中各个所述体元素一一对应的各个直方图连接，得到提取向量；对所述提取向量进行指数归一化处理以及第二范式归一化处理。

根据本申请的第二方面，本申请提供的三维点云的局部特征提取装置，包括：第一计算单元，用于分别计算待提取的局部特征点与预设的点云球体中每个体元素的点的角度信息；以及，第二计算单元，用于计算所述待提取的局部特征点与所述体元素的点之间的曲面的凹凸信息，所述预设的点云球体中包含若干个体元素，所述体元素与所述待提取局部特征点相邻；统计单元，用于根据所述第一计算单元计算得到的角度信息以及所述第二计算单元计算得到的所述凹凸信息进行直方图统计，生成与每个所述体元素一一对应的直方图；向量提取单元，用于将所述统计单元统计出的与所述预设的点云球体中各个所述体元素一一对应的各个直方图连接，得到提取向量；归一化处理单元，用于对所述向量提取单元提取得到的所述提取向量进行指数归一化处理以及第二范式归一化处理。