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专利号: 2020100817554
申请人: 东华理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1、以3D点云每一个点为中心,利用“Kd-tree”算法搜索邻近的100个点,并依据三维协方差矩阵对应的特征值和特征向量提取三维特征,形成一个17*17的特征矩阵Y;

步骤2、将点云分别投影到3个不同的坐标平面XOY,YOZ,XOZ,并利用“Kd-tree”算法搜索邻近的100个点对该三个平面提取2D特征,得到一个12*12的特征矩阵X;

步骤3、对二维特征矩阵X进行多维特征排列组合;

步骤4、再基于步骤3中的二维特征最优排列矩阵X=[X(XOZ),X(YOZ),X(XOY)],对2D和3D特征进行多维特征加权组合得到29*29的特征矩阵Z(X,Y);

步骤5、将步骤4所求得的特征矩阵Z输入到深度学习框架中去,经过CliqueNet网络处理之后计算出测试标签的可能值,再与真实标签值对比,得出每类的分类精度,CliqueNet运行得出结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述“Kd-tree”算法的核心步骤分为两步:

1)树的建立:定义树的节点类型

树建立过程中最大的问题在于划分轴的选择,划分策略为最大离散维度策略,即计算每个维度上的数据方差,选择其中方差最大的那个维度,设有N个样本点,每个点的坐标为(xi,yi,zi),则模型建立过程公式如下:其中n′=x,y,z

则dn为最终所求维度;

2)邻近搜索

设给定点为P(x,y,z),则离它最近的100个点Ph,h=1,2,...100,的距离为:通过以上1)2)步骤完成“Kd-tree”算法搜索邻近点。

3.根据权利要求1所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述步骤1中具体为:设m为样本总数,三维样本矩阵为G’m*3:

每一维的样本均值:

三维样本中的每一列减去对应列均值:

三维协方差矩阵为:

通过对齐次线性方程组(covk′-λk′E)Gk′=0,k’=1,...,10;求解,可以求出三维协方差矩阵covk′,及对应的特征值λk′,特征向量Gk′,依据三维协方差矩阵,对应的特征值和特征向量提取17个三维特征:曲面变化率Cλ,线状Lλ,面状Pλ,簇状Sλ,三维局部点密度D,最近邻四面体体积Q,其中[Nx,Ny,Nz]T表示该点的最大分布方向,[Mx,My,Mz]T表示该点的最小分布方向,垂直度V,全方差Oλ,各向异性Aλ,特征熵Eλ,以及点的轨迹Tλ;

最终得出三维特征矩阵

Y=[Lλ,Nx,Ny,Nz,Pλ,Sλ,Mx,My,Mz,Oλ,Aλ,Eλ,Tλ,Cλ,D,Q,V]。

4.根据权利要求3所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述步骤2具体为:分别提取4个二维特征:最优圆邻域半径rK、二维局部点密度D2、特征值的和S2、特征值的比率R(λ,2D),即共可以提取12个二维特征,构成特征矩阵X=[XB,XF,XW],B,F,W均∈b,c,d,且B≠F≠W,其中b,c,d分别表示二维投影平面XOY,YOZ,XOZ;

(1)任一点云在XOY平面内的表示形式为:

(2)任一点云在YOZ平面内的表示形式为:

(3)任一点云在XOZ平面内的表示形式为:

5.根据权利要求4所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述步骤4具体为:将2D、3D特征以不同的权重组合,并以实验进行测试,最终以

3D:2D=0.9:0.1的权重进行多维特征组合能够达到最优的分类性能,因此,得到多维特征最优组合矩阵Z:

6.根据权利要求1所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述步骤3具体为:设XOY=b,YOZ=c,XOZ=d,则有[bcd,bdc,cbd,cdb,dbc,dcb]六种不同的排列,分别对这六种排列进行了实验测试,比较不同排列的分类精度,得到二维特征最优排列矩阵X=[Xd,Xc,Xb]。

7.根据权利要求1所述的一种基于多维特征最优组合的大场景三维点云分类方法,其特征在于,所述步骤5具体为:将步骤4所求得的特征矩阵Z输入到CliqueNet中经过64个7*

7,步长为2的卷积层,然后再经过3*3,步长为2的池化层;每个交叉卷积模块之间都采用传输层连接。