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

【發(fā)明內容】

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

【附圖說明】
[0013]圖1為根據某點及其近鄰計算特征時如何取點對；
[0014]圖2為位于彩色點云種不同類型表面上的點的特征直方圖示例。【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0016]一種三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，包含以下步驟:
[0017]步驟1，顏色空間轉換，將三維彩色點云中點的顏色值從原顏色空間轉換到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不參與計算。
[0018]步驟2，如圖1所示，以r為半徑對點Pi近鄰搜索，計算三維彩色點云中點Pi在半徑:r內的k個近鄰點；
[0019]步驟3，法向量計算，計算三維彩色點云中點Pi與半徑r內的近鄰點空間坐標的協(xié)方差矩陣，并計算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應的特征向量即為該點Pi的法向量方向。
[0020]步驟4，計算三維彩色點云中各點的顏色特征，具體步驟如下:
[0021]步驟4.1，取三維彩色點云中的點Pi和其k個近鄰點共k+Ι個點，i是三維彩色點云中點的索引值，將所取的k+Ι個點記為




2)，...，Q(i’，k)，Q(i’，k+1)
q(i，，E), ε e [2, k+1]為點 Pi 的近鄰點,其中 i’ = i ;
[0022]步驟4.2,初始化點Pi的Lab顏色分量,取點Pi及其k個近鄰點的k+Ι顏色分量a
的中值作為點Pi的初始化顏色分量
【權利要求】
1.一種三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，包含以下步驟: 步驟1，顏色空間轉換，將三維彩色點云中點的顏色值從原顏色空間轉換到Lab顏色空間； 步驟2，近鄰搜索，以r為半徑，計算三維彩色點云中各點在半徑r內的近鄰點； 步驟3，法向量計算，計算三維彩色點云中各點與近鄰點空間坐標的協(xié)方差矩陣，并計算該協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，最小特征值對應的特征向量即為該點的法向量方向； 步驟4，計算三維彩色點云中各點的顏色特征； 步驟5，計算三維彩色點云中各點的幾何特征； 步驟6，根據各點的顏色特征和幾何特征，計算三維彩色點云點的特征直方圖。
2.根據權利要求1所述的三維彩色點云點特征描述方法，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不參與計算。
3.根據權利要求1所述的三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，步驟4計算點云中各點的顏色特征的具體步驟為: 步驟4.1，取三維彩色點云中的點Pi和其k個近鄰點共k+Ι個點，i是三維彩色點云中點的索引值； 步驟4.2,初始化點Pi的Lab顏色分量,取點Pi及其k個近鄰點的k+Ι顏色分量a的中值作為點Pi的初始化顏色分量flU *取點Pi及其k個近鄰點的k+Ι顏色分量b的中值作為點Pi的初始化顏色分量力ft 1 步驟4.3，根據顏色分量a和顏色分量b的值域范圍，將點Pi的氣和匕顏色分量歸一化成兩個百分比作為點Pi的顏色特征LabiI和Lab;

4.根據權利要求1所述的三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，步驟5計算三維彩色點云中各點的幾何特征的具體步驟為: 步驟5.1，取三維彩色點云中的點Pi和其k個近鄰點共k+Ι個點，i是三維彩色點云中點的索引值，將所取的 k+Ι 個點記為{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 Pi 的近鄰點,其中 i’ = i ; 步驟5.2，從k+Ι個點中取一對點對，令點的法向量與這兩個點連線夾角小的點作為起點，記為。“，，!^，其法向量記為仏^另一個點作為終點’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)計算起點和終點法向量之間的角度關系
5.根據權利要求1所述的三維彩色點云點特征描述方法，其特征在于，步驟6計算彩色點的特征直方圖的具體步驟為: 步驟6.1，描繪點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