[发明专利]一种三维几何形状特征描述方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于模式识别领域的基础技术范畴，具体涉及一种三维几何形状特征描述方法及系统。

背景技术

几何形状识别是模式识别领域中图形、图像识别的基础技术。在人工智能、计算机视觉、机器人、图像目标识别、军事等高技术领域中，几何形状识别技术都起着关键性的作用。随着计算机技术和三维图像采集设备的发展，三维图像的处理技术也将进入广泛应用的时代。三维几何形状和平面几何形状识别都是基于形状特征的数学描述方法和特征信息提取技术实现的。

现有技术中，对平面图形的数学描述主要基于两大理论体系。一种是基于积分变换的傅立叶描述子理论，该理论将图像信息由时域变换到频域，利用获得的频域特征矢量集，实现对图形的整体描述。另一种是不变矩理论，矩定义为：在图形上对密度函数的黎曼二重积分，不同阶次的矩具有不同的物理意义，利用矩参数集，实现对图形的整体描述。上述两种理论方法对图形描述的特征信息，频域特征矢量集和矩参数集都具有平移、缩放和旋转不变的特性。当图形上密度函数等于1时，这些特征信息实现对几何形状的整体描述。

上述方法也被推广到三维几何形状的特征描述及识别检索应用中。在1999年Canterakis结合球谐函数将zernike多项式从二维扩展到三维，从而定义了三维zernike矩；在2003年Novotni将三维zernike矩用于三维模型检索，并证明了zernike描述符在检索效率上要优于球谐函数描述符；在2009年李宗民发表的《三维极半径矩及其在三维模型检索中的应用》中，通过扩展二维极半径矩到三维空间，获得三维极半径矩，扩大了三维形状之间的差别，提高计算效率，扩展三维极半径矩到三维极半径结构矩，改进后的特征不变量具有更好的可分性。尽管取得了很大的进步，但仍然不能满足实际应用的要求。

根据对现有技术的分析，利用上述两种理论方法提取图形特征信息，识别、检索三维几何形状的方法，虽然具有通用性，但是，由于技术上的一些缺陷使得该方法的实际应用受到很大制约。具体分析如下：

(1)频域特征矢量或矩参数是对三维几何形状统计特征的描述，是一种间接描述方法，不能准确描述三维几何形状的某一局部特征。构成识别系统时，需要大量的实验数据和统计分析工作才能确定识别标准。

(2)提取频域特征矢量或矩参数都有很大的计算量。即使是改进为快速算法，仍然有很大的计算量。

(3)频域特征矢量或矩参数与三维几何形状之间不存在理论上的一一对应关系，因此存在判定错误的可能。在实际应用或实验中，判定错误也是经常发生的。

(4)频域特征矢量或矩参数不能描述一类三维几何形状的共有特征。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种三维几何形状特征描述方法及系统，该方法及系统能够更准确地描述三维几何形状，而且计算量小。

本发明要解决的另一技术问题是提供另一种三维几何形状特征描述方法及系统，该方法及系统不仅能够更准确地描述三维几何形状、计算量小，而且能够对一类三维几何形状共有特征进行描述。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种三维几何形状的特征描述方法，包括以下步骤：

(1)计算三维几何形状的参考点，记为第一参考点，所述参考点是指在旋转、平移和缩放情况下，与三维几何形状边界相对位置不变的点；

(2)求取所述三维几何形状边界曲面上标示曲率变化特征的特征点；

(3)求取所述特征点信息，将所述特征点信息按照空间位置关系进行组合，用特征点信息组合来描述三维几何形状的特征；所述特征点信息包括特征点与第一参考点的空间位置关系信息。

一种三维几何形状的特征描述系统，包括用于计算三维几何形状参考点的参考点计算装置，所述参考点是指在旋转、平移和缩放情况下，与三维几何形状边界相对位置不变的点；

用于求取三维几何形状边界曲面上标示曲率变化特征的特征点的特征点求取装置；

用于求取特征点信息的特征点信息求取装置，所述特征点信息包括特征点与所述参考点的空间位置关系信息；

用于将特征点信息按照空间位置关系进行组合，用特征点信息组合来描述三维几何形状的特征信息的描述装置。

一种三维几何形状的特征描述方法，包括以下步骤：

(1)计算三维几何形状的参考点，所述参考点是指在旋转、平移和缩放情况下，与三维几何形状边界相对位置不变的点；

(2)求取所述三维几何形状边界曲面上标示曲率变化特征的特征点；