技術(shù)特征：

1.一種三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：其包括：

步驟一、點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理：

步驟二、訓(xùn)練階段：計(jì)算預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的法線，進(jìn)而計(jì)算FPFH值，并基于FPFH值通過(guò)近似最近鄰快速庫(kù)建立K維樹(shù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，K為預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

步驟三、從給定模型中手動(dòng)選擇典型特征點(diǎn)，給定模型能選擇已知數(shù)據(jù)的大眾臉型，經(jīng)過(guò)設(shè)定與步驟二中同樣的法線及FPFH值計(jì)算參數(shù)，計(jì)算得到典型特征點(diǎn)的FPFH值；

步驟四、查詢(xún)階段：統(tǒng)計(jì)學(xué)中的卡方值表示觀測(cè)值與理論值的偏差程度，將從給定模型中提取得到的典型特征點(diǎn)作為理論值，將訓(xùn)練好的待提取模型K維樹(shù)結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)作為觀測(cè)值，逐一計(jì)算卡方值后，通過(guò)設(shè)定一定的閾值，即可得到由若干個(gè)相似點(diǎn)構(gòu)成的候選集；

步驟五、基于形狀響應(yīng)因子確定特征點(diǎn)，計(jì)算候選集中每一個(gè)點(diǎn)的主曲率，進(jìn)而計(jì)算形狀響應(yīng)因子。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理分三步執(zhí)行：首先，利用該點(diǎn)云數(shù)據(jù)的每個(gè)體素內(nèi)所有點(diǎn)的重心來(lái)近似代替體素中的其他點(diǎn)進(jìn)行下采樣，從而降低該點(diǎn)云數(shù)據(jù)的點(diǎn)云密度；其次，設(shè)定一定的取值范圍，刪除該點(diǎn)云數(shù)據(jù)中頸部以下的噪聲數(shù)據(jù)；最后，通過(guò)在給定搜索半徑范圍內(nèi)鄰近點(diǎn)數(shù)量小于給定閾值的方法，將該點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的離群點(diǎn)刪除。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：計(jì)算預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的法線：等同于計(jì)算預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每點(diǎn)的切平面法線，轉(zhuǎn)換為對(duì)式(1)中的協(xié)方差矩陣C進(jìn)行分解，對(duì)應(yīng)協(xié)方差矩陣C最小特征值的特征向量作為預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每點(diǎn)的法線；通過(guò)式(2)使所有法線一致朝向視點(diǎn)方向；其中，P_i是預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中第i個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，k是P_i鄰近點(diǎn)的數(shù)目，是P_i所有鄰近點(diǎn)的三維質(zhì)心，v_p為視點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：得到法線后，通過(guò)以下流程計(jì)算FPFH值：

一、對(duì)于預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每一個(gè)查詢(xún)點(diǎn)P_t，通過(guò)式(3)、(4)、(5)計(jì)算這個(gè)查詢(xún)點(diǎn)P_t和它鄰域點(diǎn)P_s之間的uvw坐標(biāo)系；

u＝n_s 式(3)

w＝u×v 式(5)

其中，n_s為查詢(xún)點(diǎn)P_t的鄰域點(diǎn)P_s的法線；

二、通過(guò)式(6)、(7)、(8)計(jì)算查詢(xún)點(diǎn)P_t的法線n_t與鄰域點(diǎn)P_s的法線n_s之間的一組偏差角度α，θ，此結(jié)果稱(chēng)為簡(jiǎn)化的點(diǎn)特征直方圖SPFH；

α＝v·n_t 式(6)

θ＝arctan(w·n_t,u·n_t) 式(8)

其中，d為查詢(xún)點(diǎn)P_t到鄰域點(diǎn)P_s之間的直線距離；

三、重新確定每個(gè)點(diǎn)的k鄰域，使用鄰近點(diǎn)P_k的SPFH值，通過(guò)式(9)來(lái)確定查詢(xún)點(diǎn)P_t的FPFH值FPFH(P_t)；

其中，得到預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的FPFH值后，通過(guò)使用FLANN建立K維樹(shù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：卡方值x²通過(guò)式(10)、(11)計(jì)算得到，

其中，Q_i為理論值，P_i為訓(xùn)練好的待提取模型K維樹(shù)結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)，E_i是對(duì)應(yīng)P_i的期望值。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：典型特征點(diǎn)包括鼻子尖典型特征點(diǎn)、左側(cè)耳道典型特征點(diǎn)、右側(cè)耳道典型特征點(diǎn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：鼻子尖典型特征點(diǎn)最終配置鼻尖候選集，左側(cè)耳道典型特征點(diǎn)、右側(cè)耳道典型特征點(diǎn)最終配置左右側(cè)耳道候選集；設(shè)置特性：每個(gè)候選集中對(duì)應(yīng)一個(gè)曲面，曲面越凸出，類(lèi)似于鼻子尖處，則形狀響應(yīng)因子越大；曲面越凹陷，類(lèi)似于碗狀或耳道內(nèi)點(diǎn)，則形狀響應(yīng)因子越小；根據(jù)此特性，在鼻尖候選集中選擇形狀響應(yīng)因子最大的點(diǎn)作為鼻尖點(diǎn)，在左右側(cè)耳道候選集中選擇形狀響應(yīng)因子最小的點(diǎn)作為兩個(gè)耳道點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算耳道點(diǎn)處法線與鼻尖點(diǎn)處法線外積的方向，區(qū)分左右耳道點(diǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：左、右耳道點(diǎn)的法線分別位于鼻尖點(diǎn)法線的左右兩側(cè)，通過(guò)計(jì)算耳道點(diǎn)處法線與鼻尖點(diǎn)處法線外積的方向，利用右手定則，拇指向下是右耳道點(diǎn)，拇指向上是左耳道點(diǎn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：每個(gè)候選集中對(duì)應(yīng)一個(gè)曲面，形狀響應(yīng)因子通過(guò)以下步驟計(jì)算得到：

①計(jì)算曲面上一離散點(diǎn)處的高斯曲率k_H和平均曲率k_G；

②通過(guò)式(12)、(13)計(jì)算該離散點(diǎn)處的主曲率k₁和k₂，其中k₁≥k₂；

③通過(guò)式(14)計(jì)算該離散點(diǎn)的形狀響應(yīng)因子S；

10.一種三維人體頭部點(diǎn)云特征提取裝置，其應(yīng)用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的三維人體頭部點(diǎn)云特征提取方法，其特征在于：該裝置包括：

預(yù)處理模塊，其用于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理；

訓(xùn)練模塊，其用于計(jì)算預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中每個(gè)點(diǎn)的法線，進(jìn)而計(jì)算FPFH值，并基于FPFH值通過(guò)近似最近鄰快速庫(kù)建立K維樹(shù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，K為預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

典型特征點(diǎn)的FPFH值計(jì)算模塊，其用于從給定模型中手動(dòng)選擇典型特征點(diǎn)，給定模型能選擇已知數(shù)據(jù)的大眾臉型，經(jīng)過(guò)設(shè)定與步驟二中同樣的法線及FPFH值計(jì)算參數(shù)，計(jì)算得到典型特征點(diǎn)的FPFH值；

候選集生成模塊，其用于統(tǒng)計(jì)學(xué)中的卡方值表示觀測(cè)值與理論值的偏差程度，將從給定模型中提取得到的典型特征點(diǎn)作為理論值，將訓(xùn)練好的待提取模型K維樹(shù)結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)作為觀測(cè)值，逐一計(jì)算卡方值后，通過(guò)設(shè)定一定的閾值，即可得到由若干個(gè)相似點(diǎn)構(gòu)成的候選集；

特征點(diǎn)確定模塊，其用于基于形狀響應(yīng)因子確定特征點(diǎn)，計(jì)算候選集中每一個(gè)點(diǎn)的主曲率，進(jìn)而計(jì)算形狀響應(yīng)因子。