[发明专利]一种基于傅里叶图变换的点云帧内编码方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于傅里叶图变换的点云帧内编码方法及装置，属于点云数字信号处理领域。所述方法包括：对原始三维点云进行体元化，得到多个点云体元；对得到的多个点云体元进行聚类得到多个点云体元集合；分别对多个点云体元集合进行基于主方向权重的傅里叶图变换；对变换后的各点云体元集合进行均匀量化及算术编码，生成对应的码流。本发明中的方法，对聚类得到的每个点云体元集合独立构图，减低了构图的复杂度；对每一个点云体元集合独立编码，使每一类中的点云分布更加均匀，紧凑；并充分利用了局部相似性特征，更加充分的表达出点与点之间的相关性，同时降低了噪声等无关因素的影响。

主权项

1.一种基于傅里叶图变换的点云帧内编码方法，其特征在于，包括：

步骤S1：对原始三维点云进行体元化，得到多个点云体元；

步骤S2：对所述多个点云体元进行聚类得到多个点云体元集合；

步骤S3：分别对所述多个点云体元集合进行基于主方向权重的傅里叶图变换；

步骤S4：对变换后的各点云体元集合进行均匀量化及算术编码，生成对应的码流。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述步骤S1，具体为：对原始三维点云进行体元化，得到多个点云体元及各点云体元的坐标和属性信息；

所述步骤S2，具体包括：

步骤S2‑1：根据得到的点云体元的数量及预设的点云体元集合的平均点数，预测点云体元集合的数量；

步骤S2‑2：根据预测的点云体元集合的数量以及各点的坐标，通过K‑means算法对所述多个点云体元进行聚类，得到相应数量的点云体元集合。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3，具体包括：

步骤S3‑1：在所述多个点云体元集合中任意选取一个点云体元集合，确定选取的点云体元集合中任一点云体元的第一相邻点云体元集合；

步骤S3‑2：分别确定所述第一相邻点云体元集合中各点云体元的第二相邻点云体元集合；

步骤S3‑3：根据K邻近算法，在所述第一相邻点云体元集合中找到所述任一点云体元的预设数量的邻居，构成第一邻域，并在各第二相邻云体元集合中分别找到对应的所述第一相邻点云体元集合中各点云体元的预设数量的邻居，构成对应的各第二邻域；

步骤S3‑4：计算所述第一邻域及所述各第二邻域的主方向向量，并计算任意两个主方向向量间的权重，构成权重矩阵；

步骤S3‑5：对所述权重矩阵进行变换得到傅里叶变换系数；

步骤S3‑6：根据所述傅里叶变换系数对选取的点云体元集合的属性信息进行变换；

步骤S3‑7：重复执行上述操作，直至所述多个点云体元集合均处理完成。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述步骤S3‑4，具体包括：

步骤S3‑4‑1：根据各邻域中各点云体元的坐标，计算各邻域中任意两个点云体元之间的协方差，并构成各协方差矩阵，对所述各协方差矩阵进行特征值分解得到各特征向量，将所述各特征向量作为对应的各邻域的主方向向量；

步骤S3‑4‑2：计算任意两个主方向向量之间夹角的正弦值，根据所述正弦值计算对应的两个主方向向量间的权重，并构成权重矩阵。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3‑5，具体包括：

步骤S3‑5‑1：分别将所述权重矩阵的各行中的各元素相加得到各计算结果；

步骤S3‑5‑2：将所述各计算结果作为对角线元素构成度矩阵；

步骤S3‑5‑3：对所述权重矩阵和所述度矩阵进行计算得到拉普拉斯矩阵；

步骤S3‑5‑4：计算所述拉普拉斯矩阵的特征向量，并将计算的特征向量构成矩阵得到傅里叶变换系数。

6.一种基于傅里叶图变换的点云帧内编码装置，其特征在于，包括：

体元化模块，用于对原始三维点云进行体元化，得到多个点云体元；

聚类模块，用于所述体元化模块得到的多个点云体元进行聚类得到多个点云体元集合；

变换模块，用于分别对所述聚类模块得到的多个点云体元集合进行基于主方向权重的傅里叶图变换；

生成模块，用于对所述变换模块变换后的各点云体元集合进行均匀量化及算术编码，生成对应的码流。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述体元化模块，具体用于：对原始三维点云进行体元化，得到多个点云体元及各点云体元的坐标和属性信息；

所述聚类模块，具体包括：预测子模块和聚类子模块；

所述预测子模块，用于根据所述体元化模块得到的点云体元的数量及预设的点云体元集合的平均点数，预测点云体元集合的数量；

所述聚类子模块，用于根据所述预测子模块预测的点云体元集合的数量以及所述体元化模块得到的各点的坐标，通过K‑means算法对所述多个点云体元进行聚类，得到相应数量的点云体元集合。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述变换模块，具体包括：选取子模块、第一确定子模块、第二确定子模块、构成子模块、第一计算子模块、第二计算子模块、第一变换子模块和第二变换子模块；

所述选取子模块，用于在所述聚类模块得到的多个点云体元集合中任意选取一个点云体元集合；

所述第一确定子模块，用于确定所述选取子模块选取的点云体元集合中任一点云体元的第一相邻点云体元集合；

所述第二确定子模块，用于确定所述第一确定子模块确定的第一相邻点云体元集合中各点云体元的第二相邻点；

所述构成子模块，用于根据K邻近算法，在所述第一确定子模块确定的第一相邻点云体元集合中找到所述任一点云体元的预设数量的邻居，构成第一邻域，并在所述第二确定子模块确定的各第二相邻点云体元集合中分别找到对应的所述第一相邻点云体元集合中各点云体元的预设数量的邻居，构成对应的各第二邻域；

所述第一计算子模块，用于所述构成子模块构成的第一邻域及各第二邻域的主方向向量；

所述第二计算子模块，用于计算所述第一计算子模块得到的任意两个主方向向量间的权重，构成权重矩阵；

所述第一变换子模块，用于所述第二计算子模块构成的权重矩阵进行变换得到傅里叶变换系数；

所述第二变换子模块，用于根据所述第一变换子模块得到的傅里叶变换系数对所述选取子模块选取的点云体元集合的属性信息进行变换。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述第一计算子模块，具体用于：根据各邻域中各点云体元的坐标，计算各邻域中任意两个点云体元之间的协方差，构成各协方差矩阵，对所述各协方差矩阵进行特征值分解得到各特征向量，将所述各特征向量作为对应的各邻域的主方向向量；

所述第二计算子模块，具体用于：计算第一计算子模块得到的任意两个主方向向量之间夹角的正弦值，根据所述正弦值计算对应的两个主方向向量间的权重，并构成权重矩阵。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一变换子模块，具体