[发明专利]一种三维模型局部球面调和特征提取方法

摘要

本发明一种三维模型局部球面调和特征提取方法，属于计算机视觉领域。其特征在于，针对已有三维模型全局球面调和特征提取方法球心选择偏差会严重影响后续球面采样和特征提取的不足，提出了一种局部球面调和特征提取方法。它首先对三维模型进行尺度归一化处理；其次使用插值的方法对三维数据进行重采样，进而生成深度图像并对其进行网格划分，进而确定局部球心的位置；然后使用同心球壳的方法对每一个局部球心进行局部球面采样；最后计算出每个局部球心对应的球面调和特征向量，并使用加权组合的方法得到整个三维模型的局部球面调和特征向量。应用本发明所述的方法，可在一定程度上缓解球心位置偏差带来的不稳定性，为后续识别提供良好的基础。

主权项

一种三维模型局部球面调和特征提取方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：对三维模型进行尺度归一化处理，具体步骤如下：1.1）首先，平移三维模型点，使其形心位于平移后的坐标原点，具体平移公式如式（1）、（2）所示：式（1），（2）其中，式（1）中表示原始坐标原点平移后的三维坐标值，分别原始数据在三个坐标轴方向的坐标值；式（2）中表示平移前三维数据坐标矩阵，表示平移后的三维数据坐标矩阵，表示由原始坐标原点平移后的三维坐标值构成的矩阵；1.2）对三维模型进行尺度归一化处理，给出一个最大归一化尺度值，以将所有的数据都归一化至这个尺度之下，归一化公式如式（3）所示：（3）其中分别是归一化前后三维数据点坐标矩阵，是最大归一化尺度值，是数据中点的最大数值；步骤2：利用插值的方法对三维数据进行重采样，使其在XOY平面上的投影点达到均匀分布；使用插值的方法对三维数据进行重采样，使其在XOY平面上的投影点达到均匀分布，具体的实现步骤为：1）在保持原始三维数据X与Y方向的取值范围不变，即X、Y坐标最大值保持不变的前提下，分别在X与Y方向的取值区间内进行等距离的采样；2）并根据插值公式自动生成对应的新的深度方向的坐标值，即三维点对应的深度值；步骤3：利用重采样后的三维数据生成深度图像并对其进行网格划分，进而根据网格划分结果确定局部球心的位置；利用重采样后的三维数据生成深度图像并对其进行网格划分，进而根据网格划分结果确定局部球心的位置，具体的实现步骤为：3.1）将重采样后的三维数据进行深度图投影，获得相应的深度图像；3.2）以20像素为间隔对深度图像进行网格划分；3.3）根据网格横纵分割线的交点坐标确定局部球心的三维坐标值，并根据网格的宽度确定局部球面的最大半径；步骤4：对于每一个局部球心，使用同心球壳的方法进行局部球面采样；使用同心球壳的方法对局部球心的邻域进行局部球面采样，具体的实现步骤为：4.1）以局部球心点为中心，分别以5、10、15、20为半径作同心球面；4.2）计算每个同心球面与三维模型的交点集；步骤5：计算出每个局部球心对应的球面调和特征向量，并使用加权组合的方法将它们串联起来，得到整个三维模型的局部球面调和特征向量；计算每个局部球心对应的球面调和特征向量，并使用加权组合的方法将每个局部球心对应的球面调和特征向量串联起来，具体的实现步骤为：5.1）利用球面调和变换计算每个局部球心点对应的球面调和特征向量；5.2）根据局部球面的半径大小为其指定加权系数，局部球面的半径越大其对应的加权系数越小，局部球面的半径越小其对应的加权系数越大；5.3）将多个球面的特征向量进行加权组合，进而生成整个三维模型的局部球面调和特征向量，如公式（10）所示：（10）其中，表示组合后的特征向量，表示个球面的特征向量，符号表示直方图的线性串联，为加权系数，由于距离球心越近处的局部信息越为重要，所以一般情况下，加权系数的选择规则为>>……>。