一种3d点云物体的快速检测方法
【专利摘要】本发明公开了属于计算机视觉【技术领域】的一种3D点云物体的快速检测方法。本发明为：步骤1：获取场景的三维点云数据，下采样待检测物体的三维点生成变密度同心箱模型；步骤2：计算变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点的法向量；步骤3：下采样变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点，提取各自的关键点，并生成其边缘直方图描述符；步骤4：生成变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的关键点的局部参考坐标系；步骤5：进行关键点匹配；步骤6：进行相似性分析，最终发现待检测物体。本发明可以有效的减少环境检测的处理时间，同时保证环境检测的有效性。
【专利说明】一种3D点云物体的快速检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机视觉【技术领域】，特别涉及一种3D点云物体的快速检测方法。
【背景技术】
[0002] 三维数据作为一种新的数字媒体形式，在近几年引起了人们的广泛关注。在数字 化现实世界的过程中，三维数据具有以往二维图像所无法比拟的优势，它可以精确记录物 体表面的几何属性以及物体在空间的三维信息。随着当前硬件技术不断地发展，计算机视 觉系统将能够理想地捕捉到世界的三维点云数据，处理这些三维点云数据，以便利用其固 有的深度信息。利用三维点云数据可以通过捕获研究物体的位姿来得到更详细的几何形状 信息，所以三维点云中提供的大数据量对环境检测识别来说是非常有价值的。但是对三维 点云数据的处理需要大量密集型计算算法，且在多数情况下需要实时交互，所以对三维点 云数据耗费时间长。变密度同心箱视觉是指人类视觉系统对于客观世界的视觉采样在空间 分布上是不均匀的，是以变密度同心箱为中心逐渐降低感知分辨率的采样过程。在中心保 持高分辨率，越往外分辨率越低。使用变密度同心箱视觉的处理方法可以降低处理三维点 云数据的时间。
【发明内容】
[0003] 本发明提出一种3D点云物体的快速检测方法，其特征在于，该方法的具体步骤 为：
[0004] 步骤1 :获取三维场景的三维点云数据，下采样待检测物体的三维点生成变密度 同心箱模型；
[0005] 步骤2 :计算变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点的法向量；
[0006] 步骤3 :下采样变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点，将下采样后 的三维点作为关键点，并生成其各自的边缘直方图描述符；
[0007] 所述边缘直方图描述符用来描述关键点的法向量信息；
[0008] 步骤4 :生成变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的所有关键点的局部参考 坐标系；
[0009] 步骤5 :进行关键点匹配；
[0010] 步骤6 :进行相似性分析，最终发现待检测物体。
[0011] 所述步骤1中变密度同心箱模型生成步骤具体为：
[0012] 子步骤11 :生成一个体积为Sc!的箱子，设为0级同心箱；Sc!为覆盖住待检测物体 的最小体积；
[0013] 子步骤12 :对0级同心箱内的待检测物体的三维点云数据进行下采样，得到体积 为SIJ^m级同心箱；
[0014] 子步骤13 :依次对0级和k级同心箱之间的待检测物体的三维点云数据进行下采 样，得到m+Ι个同心箱，其中，k=l，一,111:
[0015] 其中，k级同心箱的体积为，
【权利要求】
1. 一种3D点云物体的快速检测方法，其特征在于，该方法的具体步骤为： 步骤1 :获取三维场景的三维点云数据，下采样待检测物体的三维点生成变密度同心 箱模型； 步骤2 :计算变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点的法向量； 步骤3 :下采样变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的三维点，将下采样后的三 维点作为关键点，并生成其各自的边缘直方图描述符； 所述边缘直方图描述符用来描述关键点的法向量信息； 步骤4 :生成变密度同心箱模型和数据库中待检测物体的所有关键点的局部参考坐标 系； 步骤5:进行关键点匹配； 步骤6 :进行相似性分析，最终发现待检测物体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中变密度同心箱模型生成步骤 具体为： 子步骤11 :生成一个体积为&的箱子，设为0级同心箱；\为覆盖住待检测物体的最 小体积； 子步骤12 :对0级同心箱内的待检测物体的三维点云数据进行下采样，得到体积为Sm 的m级同心箱； 子步骤13 :依次对0级和k级同心箱之间的待检测物体的三维点云数据进行下采样， 得到m+1个同心箱，其中，k=l，一,111: 其中，k级同心箱的体积为
其所包围的待检测物体的三维 点云数据的密度为dk :dk = c^+k^-cU/m，屯为0级同心箱与1级同心箱之间所包围的待 检测物体的三维点云数据的密度，4为m级同心箱所包围的待检测物体的三维点云数据的 密度； 同心箱的体积由0级到m级逐渐减小； 同心箱所包围的检测物体的三维点云数据的密度由〇级到m级逐渐增大； 子步骤14 :得到的m+1个同心箱构成变密度同心箱模型； 所述变密度同心箱模型的同心箱中心为F(0,0,0)，位于m+1个同心箱的中心；F = F'-Sd/^F'是场景坐标系的同心箱中心；F' = 5m+Sm/2, 级同心箱与m-1级同心箱 之间的距离差；k级同心箱与k-Ι级同心箱之间的距离差为Sk:
.， δ k ε R3。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤6中进行相似性分析后若没有 发现待检测物体，则引入扩张因子G，通过扩大同心箱体积等级来增加其包围的三维点的数 量，返回步骤2重新对待检测物体进行检测； 所述扩大同心箱体积等级具体是：使扩大后的〇级同心箱的体积不变，m级同心箱的密 度不变，扩大后的m-j'级同心箱的密度变得和扩大前m-j' +1级同心箱密度一样，j'= 1,2, ".jm-l。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扩张因子G= (Sx，Sy，Sz) eR3,其中 Sx，Sy，Sz分别为x轴，y轴和z轴方向的比例因子； k级同心箱在X轴方向上的体积扩张公式为：
其中，Skx表示X轴方向上k级同心箱体积的大小；S' kx表示扩张后的X轴方向上k级 同心箱体积的大小；δ kx表示X轴方向上k级同心箱与k-Ι级同心箱之间的距离差； k级同心箱在y轴方向上的体积扩张公式为：
其中，Sky表示y轴方向上k级同心箱体积的大小；S' ky表示扩张后的y轴方向上k级 同心箱体积的大小；δ ky表示y轴方向上k级同心箱与k-Ι级同心箱之间的距离差； k级同心箱在z轴方向上的体积扩张公式为：
其中，Skz表示z轴方向上k级同心箱体积的大小；S' kz表示扩张后的z轴方向上k级 同心箱体积的大小；δ kz表示z轴方向上k级同心箱与k-Ι级同心箱之间的距离差。
【文档编号】G06T7/00GK104123724SQ201410324564
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】吴华, 杨国田, 冷强, 柳长安, 刘春阳 申请人:华北电力大学