三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，包含以下步驟：步驟1，顏色空間轉(zhuǎn)換，將三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的顏色值從原顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間；步驟2，近鄰搜索，以r為半徑，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)在半徑r內(nèi)的近鄰點(diǎn)；步驟3，法向量計(jì)算，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)與近鄰點(diǎn)空間坐標(biāo)的協(xié)方差矩陣，并計(jì)算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應(yīng)的特征向量即為該點(diǎn)的法向量方向；步驟4，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)的顏色特征；步驟5，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)的幾何特征；步驟6，根據(jù)各點(diǎn)的顏色特征和幾何特征，計(jì)算彩色點(diǎn)云點(diǎn)的特征直方圖。本發(fā)明融合融合空間彩色點(diǎn)的顏色特征和幾何特征所得到的直方圖能夠較穩(wěn)定的描述一個(gè)空間彩色點(diǎn)的集合特征和色彩特征。
【專利說明】三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種特征提取技方法，特別是一種彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征的提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，三維點(diǎn)云的獲取越來越容易，如何理解以點(diǎn)云表示的三維場景是智能機(jī)器人導(dǎo)航、環(huán)境建模、體感游戲等領(lǐng)域要解決的重要問題。直接以點(diǎn)為計(jì)算單位理解一個(gè)點(diǎn)云場景是難以實(shí)現(xiàn)的，適用幾何推理技術(shù)提取緊湊、有效的點(diǎn)特征能夠更好的描述點(diǎn)云，便于開展下一步的計(jì)算。一個(gè)點(diǎn)的表面曲率和法向量是使用的最廣泛的特征，在數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、分割等方面應(yīng)用廣泛。采用點(diǎn)特征直方圖描述一個(gè)空間點(diǎn)的特征是近年來使用較多的方法。
[0003]目前對點(diǎn)云中點(diǎn)特征的描述方法都只考慮點(diǎn)的幾何特征，對點(diǎn)的描述只包含空間集合信息，而不能還原出點(diǎn)本身的顏色信息，以及不能為彩色點(diǎn)云的配準(zhǔn)、聚類、分割等提供計(jì)算依據(jù)。從底層數(shù)據(jù)融合的角度，如何描述彩色點(diǎn)云這種既包含空間幾何信息又包含真實(shí)顏色信息的彩色空間點(diǎn)的特征是目前著重需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種有效且穩(wěn)定地描述三維彩色點(diǎn)云中彩色空間點(diǎn)的特征的描述方法，從而便于對使用彩色點(diǎn)云表示的三維場景或模型開展分析和計(jì)算。
[0005]一種三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，包含以下步驟:
[0006]步驟1，顏色空間轉(zhuǎn)換，將三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的顏色值從原顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間；
[0007]步驟2，近鄰搜索，以r為半徑，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)在半徑r內(nèi)的近鄰點(diǎn)；
[0008]步驟3，法向量計(jì)算，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)與近鄰點(diǎn)空間坐標(biāo)的協(xié)方差矩陣，并計(jì)算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應(yīng)的特征向量即為該點(diǎn)的法向量方向；
[0009]步驟4，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)的顏色特征；
[0010]步驟5，計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)的幾何特征；
[0011]步驟6，根據(jù)各點(diǎn)的顏色特征和幾何特征，計(jì)算彩色點(diǎn)云點(diǎn)的特征直方圖。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:通過融合空間彩色點(diǎn)的顏色特征和幾何特征，在一定半徑的空間鄰域內(nèi)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到點(diǎn)的特征直方圖，該直方圖的分布能夠較穩(wěn)定的描述一個(gè)空間彩色點(diǎn)，并有一定的抗光照亮度變化的能力，從而為彩色點(diǎn)云的配準(zhǔn)、聚類、分割等提供計(jì)算依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為根據(jù)某點(diǎn)及其近鄰計(jì)算特征時(shí)如何取點(diǎn)對；
[0014]圖2為位于彩色點(diǎn)云種不同類型表面上的點(diǎn)的特征直方圖示例?！揪唧w實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0016]一種三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0017]步驟1，顏色空間轉(zhuǎn)換，將三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的顏色值從原顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間，其中Lab顏色空間的顏色分量a和顏色分量b的值域均為[-128，127]，顏色分量L不參與計(jì)算。
[0018]步驟2，如圖1所示，以r為半徑對點(diǎn)Pi近鄰搜索，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)Pi在半徑:r內(nèi)的k個(gè)近鄰點(diǎn)；
[0019]步驟3，法向量計(jì)算，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)Pi與半徑r內(nèi)的近鄰點(diǎn)空間坐標(biāo)的協(xié)方差矩陣，并計(jì)算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應(yīng)的特征向量即為該點(diǎn)Pi的法向量方向。
[0020]步驟4，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)的顏色特征，具體步驟如下:
[0021]步驟4.1，取三維彩色點(diǎn)云中的點(diǎn)Pi和其k個(gè)近鄰點(diǎn)共k+Ι個(gè)點(diǎn)，i是三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的索引值，將所取的k+Ι個(gè)點(diǎn)記為




2)，...，Q(i’，k)，Q(i’，k+1)
q(i，，E), ε e [2, k+1]為點(diǎn) Pi 的近鄰點(diǎn),其中 i’ = i ;
[0022]步驟4.2,初始化點(diǎn)Pi的Lab顏色分量,取點(diǎn)Pi及其k個(gè)近鄰點(diǎn)的k+Ι顏色分量a
的中值作為點(diǎn)Pi的初始化顏色分量
【權(quán)利要求】
1.一種三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，包含以下步驟: 步驟1，顏色空間轉(zhuǎn)換，將三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的顏色值從原顏色空間轉(zhuǎn)換到Lab顏色空間； 步驟2，近鄰搜索，以r為半徑，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)在半徑r內(nèi)的近鄰點(diǎn)； 步驟3，法向量計(jì)算，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)與近鄰點(diǎn)空間坐標(biāo)的協(xié)方差矩陣，并計(jì)算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應(yīng)的特征向量即為該點(diǎn)的法向量方向； 步驟4，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)的顏色特征； 步驟5，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)的幾何特征； 步驟6，根據(jù)各點(diǎn)的顏色特征和幾何特征，計(jì)算三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)的特征直方圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，步驟I中Lab顏色空間的顏色分量a和顏色分量b的值域均為[-128，127]，顏色分量L不參與計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，步驟4計(jì)算點(diǎn)云中各點(diǎn)的顏色特征的具體步驟為: 步驟4.1，取三維彩色點(diǎn)云中的點(diǎn)Pi和其k個(gè)近鄰點(diǎn)共k+Ι個(gè)點(diǎn)，i是三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的索引值； 步驟4.2,初始化點(diǎn)Pi的Lab顏色分量,取點(diǎn)Pi及其k個(gè)近鄰點(diǎn)的k+Ι顏色分量a的中值作為點(diǎn)Pi的初始化顏色分量flU *取點(diǎn)Pi及其k個(gè)近鄰點(diǎn)的k+Ι顏色分量b的中值作為點(diǎn)Pi的初始化顏色分量力ft 1 步驟4.3，根據(jù)顏色分量a和顏色分量b的值域范圍，將點(diǎn)Pi的氣和匕顏色分量歸一化成兩個(gè)百分比作為點(diǎn)Pi的顏色特征LabiI和Lab;

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，步驟5計(jì)算三維彩色點(diǎn)云中各點(diǎn)的幾何特征的具體步驟為: 步驟5.1，取三維彩色點(diǎn)云中的點(diǎn)Pi和其k個(gè)近鄰點(diǎn)共k+Ι個(gè)點(diǎn)，i是三維彩色點(diǎn)云中點(diǎn)的索引值，將所取的 k+Ι 個(gè)點(diǎn)記為{q(r；1), q(i，，2),...，q(i，，k)，q(r,k+i)}，令 Pi = %’,ι)，q(i，，E), ε e [2, k+Ι]為點(diǎn) Pi 的近鄰點(diǎn),其中 i’ = i ; 步驟5.2，從k+Ι個(gè)點(diǎn)中取一對點(diǎn)對，令點(diǎn)的法向量與這兩個(gè)點(diǎn)連線夾角小的點(diǎn)作為起點(diǎn)，記為。“，，!^，其法向量記為仏^另一個(gè)點(diǎn)作為終點(diǎn)’記為q(i，，d,其法向量記為IV-)，其中 b 古 e, e〈b, b e [I, k+1], e e [I, k+1]； 步驟5.3，通過公式(3)、(4)、(5)計(jì)算起點(diǎn)和終點(diǎn)法向量之間的角度關(guān)系
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維彩色點(diǎn)云點(diǎn)特征描述方法，其特征在于，步驟6計(jì)算彩色點(diǎn)的特征直方圖的具體步驟為: 步驟6.1，描繪點(diǎn)Pi的幾何特征直方圖，具體過程如下: 步m 6.1.1,利用公式
【文檔編號】G06T15/00GK103985149SQ201410214551
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】袁夏, 李捷, 陳正兵, 陳星宇, 趙春霞 申請人:南京理工大學(xué)