[发明专利]一种基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型

权利要求书

1.基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型，其特征在于：包括以下步骤：

S1:抽象表示上顶叶皮层的空间构图功能，输入当前物体的RGB图片和3D点云图，输出3幅颜色特征图，8幅形状特征图，4幅方向特征图和1幅点云关键点特征图；

S2：抽象表示前额皮层的特征和位姿匹配功能，输入为S1得到的16幅特征图，输出为特征和位置的匹配结果；

S3：抽象表示运动皮层的模拟旋转功能，输入为S2的匹配结果和S1输出的点云关键点特征图，输出为一系列与时间相关的四维旋转算子；

S4：移动机器人根据S3得到的旋转算子规划下一步运动策略。

2.根据专利要求1所述的基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型，其特征在于：所述步骤S1中的上顶叶皮层对应模块主要功能是进行空间构图，提取目标场景中的某个关键物体进行研究。上顶叶皮层将物体的颜色、形状、方向和关键点特征量化，输入为当前物体的RGB图片和3D点云图，RGB图片用在前三个特征的提取，3D点云图用在关键点特征的提取。颜色采用“颜色双竞争”算法表示；形状采用8尺度高斯金字塔图片进行Sobel边缘提取表示；方向采用余弦光栅和二维高斯卷积描述；对3D点云图使用SIFT算子提取关键点，以简化数据量。所述上顶叶皮层模块输出为3个颜色特征图，8个形状特征图，和4个方向特征图和1个关键点3D点云图。

3.根据专利要求1所述的基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型，其特征在于：所述步骤S2中的前额皮层模块的主要功能是特征及位姿的比较匹配，其输入为上顶叶皮层模块得到的16幅当前物体特征图与16幅目标物体特征图，用欧式距离来描述颜色特征图、形状特征图，方向特征图，关键点3D点云图的差异，进而将这4大类特征图线性融合成一个值，用预先设置的阈值来与该值作比较，判断当前物体与目标物体是否是同一物体，并且位姿一致。若一致，心理旋转过程完成，移动机器人导航操作也完成，若不一致则将当前物体3D点云图反馈给前运动皮层，进行下一次的心理旋转规划。

4.根据专利要求1所述的基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型，其特征在于：所述步骤S3中的前运动皮层模块的主要工作是模拟旋转当前物体，输入是当前物体和目标物体的3D点云关键点图。借鉴机械臂空间描述和变换的方法，首先以目标物体点云图中心为原点构建三维空间坐标系，然后将当前物体投影到该空间中的任意位置，进而采用平移算子将当前物体的中心平移到坐标原点上。根据两幅点云关键点的角度差异均值，构建一个与当前状态相关的四维旋转算子，包括x,y,z,t(时间)的状态。用旋转算子模拟旋转当前物体，再次匹配关键点，如果存在较大差异，则在模拟旋转后的状态上再次计算一个旋转算子x,y,z,t+1，类似于马尔科夫链，t+1时刻的状态仅取决于t时刻的状态，直到匹配差异值在某一范围内，输出一系列的四维旋转算子。

5.根据专利要求1所述的基于四维空间平移及旋转的心理旋转机理实现模型，其特征在于：所述步骤S4中移动机器人根据S3输出的旋转算子，规划接下来的轨迹，使得摄像头能够转过一定角度，然后使用Kinect运动相机采集移动过后的场景图，并通过目标物体的形状模板匹配当前场景中最相似的物体，分割该物体，将其RGB图和3D点云图反馈给上述的上顶叶皮层模块，进行下一次心理旋转过程。移动机器人不断地调整自己所在位置，最终尽可能使其视角下的场景与目标场景一致。