(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210782117.4 (22)申请日 2022.07.05 (71)申请人 西安工业大 学 地址 710032 陕西省西安市未央区学府中 路2号 (72)发明人 肖博　王春阳　刘雪莲　武元昊　 席贯　 (74)专利代理 机构 西安新思维专利商标事务所 有限公司 61 114 专利代理师 黄秦芳 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06V 10/46(2022.01) (54)发明名称 一种基于偏差角统计的三维局部表面特征 描述方法 (57)摘要 本发明为一种基于偏差角统计的三维局部 表面特征描述方法， 其克服了现有技术中存在的 对相似局部曲面区分度差的问题。 包括以下步 骤： 1： 获取场景的三维点云， 提取场景的点云数 据的特征点； 2： 计算特征点球形半径范围内邻域 的局部参考轴， 将邻域的所有点变换到局部参考 轴下； 3： 编码球形邻域的空间信息， 将球形邻域 划分为多个子空间邻域； 4： 计算球形邻域内每个 邻域点的法线； 5： 计算邻域点法线与局部参考轴 的偏差角， 统计子空间内偏 差角， 形成子直方图； 6： 查找特征点的最近三个特征点， 计算特征点与 最近三个特征点之间局部参考轴的偏差角， 形成 子直方图； 7： 将 全部子直方图连接， 并归一化， 形 成最终的直方图。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115170735 A 2022.10.11 CN 115170735 A 1.一种基于偏差角统计的三维局部表面特 征描述方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1： 获取场景的三维点云， 提取 所述场景的点云数据的特 征点P； 步骤2： 计算所述特征点p球形半径R范围内邻域的局部参考轴， 所述局部参考轴的原点 与所述特征点的原点重合， 将所述邻域的所有点变换到局部参考轴 下， 实现与所述局部参 考轴对齐及姿态归一 化， 获取对特 征描述的刚性变换不变性； 步骤3： 编码所述球形邻域的空间信息， 将所述球形邻域划分为多个子空间邻域； 步骤4： 计算所述球形邻域内每 个邻域点的法线； 步骤5： 计算所述邻域点法线与局部参考轴的偏差角， 统计所述子空间内偏差角， 形成 子直方图； 步骤6： 查找所述特征点p的最近三个特征点， 计算所述特征点p与所述最近三个特征点 之间局部参 考轴的偏差角， 形成子直方图； 步骤7： 将所述全部子直方图连接， 并归一化， 形成最终的直方图， 即为所述局部特征描 述子。 2.根据权利要求1所述的一种基于偏差角统计的三维局部表面特征描述方法， 其特征 在于： 步骤2中， 为所述特 征点p建立局部参 考轴包括： 确定计算所述局部参考轴的半径R， 基于所述计算半径R的邻域点， 计算协方差矩阵， 生 成所述局部参 考轴； 消除所述局部参考轴的歧义性， 采用多个所述局部参考轴的计算半径R， 基于所述计算 半径R确定所述局部参 考轴的方向。 3.根据权利要求1所述的一种基于偏差角统计的三维局部表面特征描述方法， 其特征 在于： 步骤3中， 基于所述局部参考轴与投影径向距离划分所述球形邻域， 所述局部参考轴 和所述投影径向的划分范围分别为[0,2R]和[0,R]， R为支持半径。 . 4.根据权利要求1所述的一种基于偏差角统计的三维局部表面特征描述方法， 其特征 在于： 步骤4中， 采用局部对应的方法确定所述邻域点的法线方向， 并采用泊松圆盘采样方 法减少计算冗余。 5.根据权利要求1所述的一种基于偏差角统计的三维局部表面特征描述方法， 其特征 在于： 步骤6 中， 设置查找最近特征点的查找半径Rf， 在所述查找半径Rf内的球形邻域中， 检 索最近的特 征点， 逐步扩大Rf范围， 直到找到 3个最近的特 征点。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115170735 A 2一种基于偏差角统 计的三维 局部表面 特征描述 方法 技术领域： [0001]本发明属于三维计算机视觉技术领域， 涉及一种基于偏差角统计的三维局部表面 特征描述方法， 即一种利用关键点与邻域点、 与相邻关键点偏差角统计的3D物体局部表面 特征表征的方法。 背景技术： [0002]随着诸如微软Kinect等低成本传感器和高速计算系统的兴起， 3D数据已可轻易获 取， 三维视觉在机器人、 逆向工程、 自动驾驶和生物识别系统等领域都有广泛的应用。 在这 些应用中， 局部特征描述子发挥着重要作用， 如何从点云中提取性能良好的局部特征描述 子仍是一个具有挑战性的任务， 是三维研究领域的热门方向。 [0003]目前， 为了提高对噪声干扰、 点云分辨率变化及遮挡的鲁棒性， 在现有的研究中， 已提出了很多三 维局部特征描述子， 局部参考框架和特征编码是决定其性能的两个主要部 分。 局部框架可以分为局部参考系(local  reference  frame,LRF)与局部参考轴(local   reference  axis,LRA)， LRF的x/y轴的重复性比z轴更容易受到各种干扰(例如， 噪声、 变化 的网格分辨率和对称表面)的影响， 并且构造它比LRA 需要更多的时间， 因此， 构建在LRA上 的局部描述子对各种干扰具有更强的鲁棒性， 但在实际计算中， 不同邻域尺度构建的LRA， 得到的性能不同， 无法 同时获取对多种干扰的鲁棒性。 特征编码通常只对关键点的局部表 面的几何信息和空间信息进行编码， 然而同一物体存在许多相似或对称的局部曲面， 仅编 码关键点局部表面的信息， 无法区分这些相似或对称局部曲面。 发明内容： [0004]本发明的目的在于提供一种基于偏差角统计的三维局部表面特征描述方法， 其克 服了现有技术中存在的在实际计算中， 无法同时获取对多种干扰的鲁棒性以及无法区分同 一物体的相似或对称曲面的问题。 本发明局部特 征描述子具有更强的描述 性和鲁棒 性。 [0005]为实现上述目的， 本发明采用的技 术方案为： [0006]1、 一种基于偏差角统计 的三维局部表面特征描述方法， 其特征在于： 包括以下步 骤： [0007]步骤1： 获取场景的三维点云， 提取 所述场景的点云数据的特 征点P； [0008]步骤2： 计算所述特征点p 球形半径R范围内邻域的局部参考轴， 所述局部参考轴的 原点与所述特征点的原点重合， 将所述邻域的所有点变换到局部参考轴 下， 实现与所述局 部参考轴对齐及姿态归一 化， 获取对特 征描述的刚性变换不变性； [0009]步骤3： 编码所述球形邻域的空间信息， 将所述球形邻域划分为多个子空间邻域； [0010]步骤4： 计算所述球形邻域内每 个邻域点的法线； [0011]步骤5： 计算所述邻域点法线与局部参考轴的偏差角， 统计所述子空间内偏差角， 形成子直方图； [0012]步骤6： 查找所述特征点p的最近三个特征点， 计算所述特征点p与所述最近三个特说　明　书 1/5 页 3 CN 115170735 A 3