一种基于相关点对点云特征的稀疏点云匹配方法及系统

技术领域

本发明涉及点云匹配领域。具体为一种基于相关点对点云特征的稀疏点云匹配方法及系统。

背景技术

以点、点之间连接关系组织的点云模型一般包含的点特征较为稀疏，通常以数十个点表示一个复杂模型。这类点云常以OBJ格式进行组织，每个OBJ文件都包含少量描述网格曲面的数据，例如顶点和三角面。三角面描述了如何在OBJ文件中组织顶点。这类点云通常不直接包含稠密点云，因此没有传统点云的法向量信息，不能使用经典PPF(Pair PointFeature)方法、深度学习方法实现点云匹配。当前，要实现这类点云的点云匹配，一般先通过重采样方法将点云转换为密集点云，再利用PPF算法进行特征构建。但该转换操作繁琐，且转换为密集点云后存在计算量大的问题，且需要用到多个工具包，增加了软件复杂性。

发明内容

本发明为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于构建一种面向以OBJ格式组织的点云的点云匹配算法。首先通过相关点之间构成的向量组成特征实现点云特征向量构建，然后基于哈希表构建相关点场景特征模板和目标特征模板，实际匹配时，在场景特征哈希表中搜索目标模板，如果点对特征完全匹配，则表示在场景点云找到目标点云，然后对场景点云的点进行标记，输出点云匹配结果。该方法可用于车辆、装配仿真平台中部件的自动识别，可用于仿真环境中模型自动搭建、部件自动配合、新3D对象自动生成等领域。

用于解决问题的方案

一种基于相关点对点云特征的稀疏点云匹配方法，所述方法包括：

确定模板点云的相关点对特征向量，得到模板点云特征向量；

确定场景点云相关点对特征向量，得到场景点云特征向量；

基于模板点云特征向量和场景点云特征向量，构成特征值哈希表；

建立与模板点云数量相等的匹配记录标志，再按模板点云特征向量与场景点云特征向量做差，若特征向量差值小于阈值，则将该位置匹配标志置位，并同时记录求差次数；

若求差次数大于模板点云特征向量长度，且匹配标志位未全部置位，则表示当前点组未形成匹配，则重置匹配记录标志；否则，匹配标志位全部置位则匹配完成，找到相匹配的特征向量对应的点组为模板点云在场景点云中的匹配点云。

进一步，所述方法还包括：根据求得的匹配的特征向量求相应的匹配的点组，并在场景点云中标记相应的点。

进一步，所述确定模板点云的相关点对特征向量，具体包括：

对于点m

对于整个点云模板有：

其中M＝{m

进一步，所述确定场景点云相关点对特征向量，具体包括：

场景中对于任意点s

则

一种基于相关点对点云特征的稀疏点云匹配系统，所述系统包括：

第一确定模块：用于确定模板点云的相关点对特征向量，得到模板点云特征向量；

第二确定模块，用于确定场景点云相关点对特征向量，得到场景点云特征向量；

构建模块，用于基于模板点云特征向量和场景点云特征向量，构成特征值哈希表；

第一判断模块，用于建立与模板点云数量相等的匹配记录标志，再按模板点云特征向量与场景点云特征向量做差，若特征向量差值小于阈值，则将该位置匹配标志置位，并同时记录求差次数；

第二判断模块，用于当求差次数大于模板点云特征向量长度，且匹配标志位未全部置位，则表示当前点组未形成匹配，则重置匹配记录标志；否则，匹配标志位全部置位则匹配完成，找到相匹配的特征向量对应的点组为模板点云在场景点云中的匹配点云。

进一步，所述系统还包括：标记模块，用于根据求得的匹配的特征向量求相应的匹配的点组，并在场景点云中标记相应的点。

进一步，所述第一确定模块包括，第一确定子模块，用于确定模板点云的相关点对特征向量，具体包括：

对于点m

对于整个点云模板有：

其中M＝{m

进一步，所述第二确定模块包括：第二确定子模块，用于确定场景点云相关点对特征向量，具体包括：

场景中对于任意点s

则

有益效果：

上述技术方案的有益效果在于：

(1)对于以0BJ格式组织的稀疏点云模型，提供了一种快速、方便的点云匹配方法，实现了在不进行点云转换、重采样前提下的点云特征向量构建、点云匹配。

(2)为自动驾驶仿真场景自动化构建，驾驶模型、场景对象自动装配以及自动化功能测试提供了部件识别的共性、支撑性技术。

附图说明

图1、相关点对特征构建示意图；

图2、基于哈希表的点云匹配过程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1：

步骤一：求模板点云的相关点对特征向量。如图1，对于点m

对于整个点云模板有：

其中M＝{m

步骤二：求场景点云相关点对特征向量。场景中对于任意点s

则

步骤三：匹配过程。如图2所示，基于模板点云特征向量和场景点云特征向量构成特征值哈希表，然后建立与模板点云数量相等的匹配记录标志。再按模板点云特征位置与场景点云特征向量做差，若特征向量差值小于阈值，则将该位置匹配标志置位，并同时记录求差次数，若求差次数大于模板向量长度，且匹配标志位未全部置位，则表示当前点组未形成匹配，则重置匹配记录标志。否则，匹配标志位全部置位则匹配完成，找到的相应的特征向量对应的点组为模板点云在场景点云中的匹配点云。

步骤四：根据求得的匹配的特征向量求相应的匹配的点组，并在场景点云中标记相应的点。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。