提取設(shè)備和方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請基于2014年3月20日提交的日本專利申請No. 2014-058805并要求其優(yōu) 先權(quán)；該專利申請的全部內(nèi)容作為參考被合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 在此所述的實施例總體上涉及提取設(shè)備和提取方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 為了測量對象的三維形狀，由于很難通過一次測量來測量出整個對象，所以通常 執(zhí)行多次測量。在這種情況下，由于各個測量獲得的點群數(shù)據(jù)具有不同的坐標(biāo)系，所以在點 群數(shù)據(jù)之間進(jìn)行定位（positioning)以對所有點群數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系進(jìn)行統(tǒng)一并且整合所有 點群數(shù)據(jù)。
[0005] 在典型的定位方法中，首先從一個點群數(shù)據(jù)提取出多個特征點，從其他點群數(shù)據(jù) 中提取出對應(yīng)于各個提取的特征點的點，以及基于各個提取的特征點與對應(yīng)于所述各個提 取的特征點的各個提取的點之間的對應(yīng)關(guān)系以粗精度來執(zhí)行在點群數(shù)據(jù)之間的定位（在 下文中也可以被稱為"第一階段定位"）。然后，以高精度來執(zhí)行在一個點群數(shù)據(jù)中的各個 點與另一個點群數(shù)據(jù)中的各個點之間的定位（在下文中也可以被稱為"第二階段定位"）。 要注意的是，一個點群數(shù)據(jù)中的點可以是通過使點群數(shù)據(jù)稀疏化（thinning out)的過程而 得到的點，或者另一個點群數(shù)據(jù)中的點可以是通過使另一個點群數(shù)據(jù)稀疏化的過程而得到 的點。
[0006] 由于按階段來執(zhí)行點群數(shù)據(jù)之間的定位，所以在第一階段定位時以高精度從點群 數(shù)據(jù)提取特征點會導(dǎo)致以較高的速度在點群數(shù)據(jù)之間定位。
[0007] 要注意的是，存在執(zhí)行稀疏化過程的技術(shù)，從而使得從點群數(shù)據(jù)中留下許多特征 點以加快第二階段定位。用這種技術(shù)，計算點群數(shù)據(jù)的各個點的法向量（normal vector)的 角，并且在點群數(shù)據(jù)上執(zhí)行稀疏化過程從而使得在角度空間中的分布盡可能大的部分點群 會留下。如此，執(zhí)行稀疏化過程從而使得在具有對象的特有形狀的角落處會有許多點（特 征點）留下，而在具有對象的非特有形狀的平坦面上會有很少數(shù)點（非特征點）留下。
[0008] 然而，由于上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)不是提取特征點的技術(shù)，而是提取和稀疏化非 特征點的技術(shù)，所以除了通過稀疏化點群數(shù)據(jù)的過程得到的點的特征點之外還留下了少數(shù) 非特征點。由此，即使將上述現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)應(yīng)用到第一階段定位，也不能以高精度從點 群數(shù)據(jù)中提取特征點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 實施例的目的在于提供能夠以高精度從點群數(shù)據(jù)中提取特征點的提取設(shè)備和提 取方法。
[0010] 根據(jù)實施例，提取設(shè)備包括獲取單元、第一計算器、第一提取器、和輸出單元。獲取 單元獲取點群數(shù)據(jù)，所述點群數(shù)據(jù)是包括對象表面上的三維坐標(biāo)和在所述三維坐標(biāo)處垂直 于對象表面的法向量的一組點。第一計算器使用點群數(shù)據(jù)的各個點的法向量計算表示法線 空間中的點群數(shù)據(jù)的點密度的法線空間點密度，所述法線空間由作為表示法向量的參數(shù)的 軸限定。第一提取器從點群數(shù)據(jù)中提取一個或多個點，所述一個或多個點處的法線空間點 密度滿足低預(yù)定條件。輸出單元輸出提取的一個或多個點。
[0011] 根據(jù)上述提取設(shè)備，可以以高精度從點群數(shù)據(jù)提取特征點。
【附圖說明】
[0012] 圖1是示出了根據(jù)第一實施例的提取設(shè)備的示例的配置圖；
[0013] 圖2是示出了根據(jù)第一實施例的對象的示例的圖；
[0014] 圖3是示出了根據(jù)第一實施例在對象的部分處的點群數(shù)據(jù)的示例的圖；
[0015] 圖4是示出了根據(jù)第一實施例的法線空間的示例的圖表；
[0016] 圖5是示出了根據(jù)第一實施例的法線空間劃分區(qū)域的示例的圖表；
[0017] 圖6是示出了根據(jù)第一實施例從點群數(shù)據(jù)提取點的示例的圖；
[0018] 圖7是示出了根據(jù)第一實施例提取法線空間中的點的結(jié)果的示例的圖；
[0019] 圖8是示出了根據(jù)第一實施例提取對象的部分處的點的結(jié)果的示例的圖；
[0020] 圖9是示出了根據(jù)第一實施例的整體過程的示例的流程圖；
[0021] 圖10是示出了根據(jù)第一實施例當(dāng)法線空間點密度為法線空間劃分區(qū)域中包含的 點群數(shù)據(jù)的點的數(shù)目時的提取過程的示例的流程圖；
[0022] 圖11是示出了使用根據(jù)第一實施例的提取設(shè)備的定位過程的示例的流程圖；
[0023] 圖12是示出了根據(jù)第二實施例的提取設(shè)備的示例的配置圖；
[0024] 圖13是示出了根據(jù)第二實施例由第一提取器提取的對象的部分處的特征點群數(shù) 據(jù)的示例的圖；
[0025] 圖14是示出了根據(jù)第二實施例的位置空間的示例的圖表；
[0026] 圖15是示出了根據(jù)第二實施例的位置空間劃分區(qū)域的示例的圖表；
[0027] 圖16是示出了根據(jù)第二實施例提取對象的部分處的點的結(jié)果的示例的圖；
[0028] 圖17是示出了根據(jù)第二實施例的整體過程的示例的流程圖；
[0029] 圖18是示出了根據(jù)第三實施例的提取設(shè)備的示例的配置圖；
[0030] 圖19是示出了根據(jù)第三實施例的整體過程的示例的流程圖；以及
[0031] 圖20是示出了根據(jù)實施例的提取設(shè)備的硬件配置的框圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面將參考附圖詳細(xì)描述實施例。
[0033] 第一實施例
[0034] 圖1是示出了根據(jù)第一實施例的提取設(shè)備10的示例的配置圖。如圖1所示，提取 設(shè)備10包括獲取單元11、第一計算器13、第一提取器15和輸出單元21?？梢酝ㄟ^使處理 設(shè)備（諸如中央處理單元（CPU))執(zhí)行程序（也就是通過軟件）來實現(xiàn)、通過諸如集成電路 (1C)的硬件來實現(xiàn)、或通過軟件和硬件的結(jié)合來實現(xiàn)獲取單元11、第一計算器13、第一提 取器15和輸出單元21。
[0035] 獲取單元11獲取點群數(shù)據(jù)，所述點群數(shù)據(jù)是包括對象表面上的三維坐標(biāo)和在所 述三維坐標(biāo)處垂直于對象表面的法向量的一組點。
[0036] 三維坐標(biāo)優(yōu)選為以三維笛卡爾坐標(biāo)系布置的三維位置坐標(biāo)，但不限于此。三維坐 標(biāo)可以為以可轉(zhuǎn)換為三維笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)系布置的三維位置坐標(biāo)，諸如以三維極坐標(biāo) 系或三維圓柱坐標(biāo)系布置的三維位置坐標(biāo)。
[0037] 法向量優(yōu)選為每個由三個元素構(gòu)成的向量，所述三個元素表示三維卡迪爾坐標(biāo)系 的各個軸上的法線方向分量，但不限于此。法向量可以為布置在能轉(zhuǎn)換成三維笛卡爾坐標(biāo) 系的坐標(biāo)系中的向量，諸如布置在三維極坐標(biāo)系或三維圓柱坐標(biāo)系中的向量。
[0038] 圖2是示出了根據(jù)第一實施例的對象30的示例的圖，并且圖3是示出了根據(jù)第一 實施例的對象30的一部分處的點群數(shù)據(jù)31的示例的圖。在圖2和3中示出的示例中，獲 取單元11獲取點群數(shù)據(jù)31，所述點群數(shù)據(jù)31是包括對象30的表面上的三維坐標(biāo)和在所述 三維坐標(biāo)處垂直于對象表面的法向量的一組點。
[0039] 要注意的是，獲取單元11獲取的點群數(shù)據(jù)可以通過使用激光傳感器、立體相機等 進(jìn)行三維測量來生成，或可以通過諸如3D-CAD(計算機輔助設(shè)計）的軟件來生成。
[0040] 而且，獲取單元11獲取的點群數(shù)據(jù)中包括的點可以包括除了三維坐標(biāo)和法向量 以外的信息。例如，如果通過使用有源傳感器進(jìn)行三維測量來生成點群數(shù)據(jù)，則點群數(shù)據(jù)還 可以包括各個點處的反射強度?？商鎿Q地，例如，如果通過使用可見光相機進(jìn)行三維測量來 生成點群數(shù)據(jù)，則點群數(shù)據(jù)還可以包括各個點處的亮度值。還可替換地，例如，如果通過使 用彩色相機進(jìn)行三維測量來生成點群數(shù)據(jù)，則點群數(shù)據(jù)還可以包括各個點處的顏色信息數(shù) 據(jù)。還可替換地，例如，如果通過使用激光傳感器、立體相機等進(jìn)行時間序列的三維測量來 生成點群數(shù)據(jù)，則點群數(shù)據(jù)還可以包括各個點處的可靠性?？煽啃员硎驹邳c處實際存在該 點的可靠性。還可替換地，例如，如果通過3D-CAD來生成點群數(shù)據(jù)，則點群數(shù)據(jù)還可以包括 包含在3D模型中的各個點處的顏色信息數(shù)據(jù)、材料信息數(shù)據(jù)等。
[0041] 第一計算器13使用