[发明专利]一种基于旋转不变性的空间场景匹配方法

权利要求书

1.一种基于旋转不变性的空间场景匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：提取场景和候选匹配场景中图元的形状中心点坐标：对于场景内的单个图元，选取重心点，对于整个场景群组，提取最小面积外接矩形的质心坐标；

步骤2：通过各图元质心的欧式距离来衡量空间场景的受力情况，形成描述位置图，同时依据物理学上的平行四边形法则，对每个重心点进行受力分析，求出该点所受其他图元的合力，然后将各合力分解到X，Y轴上，计算出平衡力的投影比，投影比函数的周期为360°，在坐标系中将这一组力每次移动一定的角度α，分别计算投影比，即可得到空间场景的投影比波形图，然后，对投影比波形图进行归一化处理，通过微分投影的方法计算归一化处理后的投影比波形图的相似性，按波形图的相似性降序排列得到场景匹配的粗匹配结果，初步排除了明显不符合要求的场景；

步骤3：进一步地，通过图元的形状、大小几何特征来描述空间场景的几何相似度；

步骤4：用图元间的拓扑关系、距离关系、方向关系的相似度来度量空间场景的空间关系相似度；

步骤5：用层次分析法分别对波形图相似性、空间场景的几何相似度及空间关系相似度赋以一组非零权重，来表示空间场景的总相似性，总相似性是定量衡量空间场景的接近程度，利用总相似度排序后，通过查询设定的阈值，返回相似度大于阈值的结果列表，将结果列表中总相似度对应的空间场景作为最终匹配到的场景，从而完成了空间场景的匹配。

2.如权利要求1所述的基于旋转不变性的空间场景匹配方法，其特征在于：所述步骤2中，投影比波形图绘制方式为：(1)连接场景中相邻图元的重心，形成受力多边形；(2)以整个场景的质心点到受力多边形各结点的方向做受力，每相邻的两条边利用平行四边形法则可以找到一个力，力的大小和方向由受力多边形相邻的两条边确定；(3)将各结点上的受力平移到一个坐标系中，对各个力进行受力分析，提取投影比函数，即所有力在X轴和Y轴上投影量之和的比值；(4)在坐标系中将这一组力每次移动一定的角度α，分别计算投影比，绘制出投影比值曲线，即得到投影比波形图。

3.如权利要求1所述的基于旋转不变性的空间场景匹配方法，其特征在于：所述步骤2中，基于微分投影的波形图相似性计算方法为：(1)对波形图归一化处理，遍历所有数据，找出X，Y的最大值和最小值；X，Y的所有值分别减去最小值，然后除以最大值和最小值的差；(2)提取两个波形图曲线的特征点数组，连接邻近点形成两条折线段；(3)分别计算两条折线段中每个线段长度存储至DotsLenA,DotsLenB，总长度分别存至TotalLenA,TotalLenB；(4)待匹配场景折线段a第m段线段及之前线段的全长与折线段a总长度之比存至LengthRatioA；(5)归并LengthRatioA,LengthRatioB，即将其按照从小到大顺序排列；(6)将两条折线段折点按比例互相截取，生成两个新的点串，并求取相似度，相似度为每条线段相似度累加。

4.如权利要求1所述的基于旋转不变性的空间场景匹配方法，其特征在于：所述步骤3中，形状相似度的计算方法为：(1)计算相对参数法的八个参数，分别为①纵横轴比：目标最小面积外接矩形的长宽比值，②矩形度：目标面积与最小面积外接矩形面积的比值，③面积凹凸比：目标面积与其凸包面积的比值，④周长凹凸比：目标的周长与其凸包周长的比值，⑤球状性：目标面积与凸包周长的计算值，⑥圆形度：目标内切圆半径与其外切圆半径的比值，⑦偏心率：目标本身长轴与本身短轴的比值，⑧形状参数：目标本身面积与其周长2次方的比值；(2)将相关参数法中的获得的八个参数组成一个多边形形状特征向量，假设有多边形目标A，B；它们的形状特征向量分别为Form_ObjectA与Form_ObjectB，其中f_Ai，f_Bi代表相关参数法中的八个参数，那么A与B之间的形状相似度SimF(A，B)表示为：