專利名稱：一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)置于平面上的物體進(jìn)行識(shí)別、標(biāo)記并追蹤的方法，尤其涉及一種用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像相結(jié)合進(jìn)行物體識(shí)別的方法。
背景技術(shù)：
目前，物體識(shí)別是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域里的重要組成部分，它的任務(wù)是識(shí)別出圖像中的物體，并給出物體在圖像所反映的場(chǎng)景中的位置。物體識(shí)別所使用的數(shù)據(jù)源通常是由相機(jī)、攝像頭等裝置所獲取的二維數(shù)字圖像，這種圖像獲取方法簡(jiǎn)單、快速，但是圖像的質(zhì)量與光照強(qiáng)度有很大關(guān)系，在光照不強(qiáng)或有障礙物遮擋時(shí)很難分辨圖像中的物體。在物體的識(shí)別過程中要利用有關(guān)物體的先驗(yàn)知識(shí)，它的基本思想是選取物體的某些特征作為基元，在確定基元之間的相互關(guān)系后，將物體表示成一個(gè)關(guān)系屬性圖，系統(tǒng)通過從圖像中抽取出的物體的關(guān)系屬性圖與先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行匹配以識(shí)別圖像中包含的物體。這種物體識(shí)別方法適用于提取某一特定類別的物體，對(duì)于物體類別與形狀等特征不確定的情況則不適用，并且在物體顏色與背景圖像相似時(shí)，很難從背景圖像中識(shí)別出目標(biāo)物體。近些年，出于工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域大量現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的需要，三維物體識(shí)別成為了一個(gè)很活躍的研究領(lǐng)域。一般來說，三維物體識(shí)別系統(tǒng)可以通過兩個(gè)階段的處理來完成三維物體的識(shí)別和定位，首先用傳感器獲取的場(chǎng)景輸入數(shù)據(jù)來得到場(chǎng)景的表達(dá)；然后將它與數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的物體表達(dá)相匹配。這一領(lǐng)域的研究主要集中在傳感器類型、三維物體表達(dá)方法和匹配策略等3個(gè)方面，其中使用傳感器獲得場(chǎng)景內(nèi)物體的表達(dá)是后續(xù)操作的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)光是一組由投影儀和攝像頭組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。用投影儀投射特定的光信息到物體表面及背景后，由攝像頭采集，根據(jù)物體造成的光信號(hào)的變化來計(jì)算物體的位置和深度等信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。結(jié)構(gòu)光測(cè)量是獲得場(chǎng)景內(nèi)物體三維表達(dá)的高效方式，最近幾年，結(jié)構(gòu)光測(cè)量技術(shù)由于其具有主動(dòng)式、非接觸的特性而被廣泛應(yīng)用，在逆向工程、質(zhì)量檢測(cè)、數(shù)字化建模、物體識(shí)別等領(lǐng)域具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)測(cè)量方法相比，它具有無接觸、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)、信息化服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的運(yùn)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像相結(jié)合進(jìn)行物體識(shí)別的方法，能夠有效提高物體識(shí)別速度。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，包括以下步驟:(1)、獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)；
(2)、對(duì)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理:將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)在同一空間位置上；
(3)、對(duì)配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理:剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲
占.(4)、對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行物體識(shí)別； (5)、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置及該目標(biāo)物體所占用的像素點(diǎn)；
(6 )、對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理；
(7)、重復(fù)步驟(I) (6)，對(duì)獲取的后續(xù)幀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到追蹤、標(biāo)記目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)的目的。所述的步驟(I)中首先使用結(jié)構(gòu)光投射器向場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)投射近紅外光，對(duì)場(chǎng)景內(nèi)空間進(jìn)行標(biāo)記，空間中的每一點(diǎn)都具有編碼信息，代表不同的位置與距離；其次用帶紅外濾波器的CMOS影像傳感器從場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)讀取經(jīng)過編碼的光線，并進(jìn)行解碼，將點(diǎn)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為高度信息，生成場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，彩色攝像頭獲取同一場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的彩色數(shù)字圖像，得到場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的數(shù)字影像數(shù)據(jù)。
所述的結(jié)構(gòu)光投射器、CMOS影像傳感器與彩色攝像頭三個(gè)設(shè)備依次緊密相鄰排列，且三個(gè)設(shè)備的中心點(diǎn)在同一條軸線上，三個(gè)設(shè)備均架設(shè)在被測(cè)場(chǎng)景區(qū)域的正上方。所述的步驟(3)中的預(yù)處理包括以下三個(gè)步驟:
(31)、過濾:去除無效點(diǎn)及明顯錯(cuò)誤的點(diǎn)，如高度值為零的點(diǎn)或?yàn)樨?fù)值的點(diǎn)；
(32)、閾值處理:通過設(shè)定略高于目標(biāo)物體的高度值對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾操作，只保留目標(biāo)物體所處高度范圍內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(33)、背景剔除:將背景數(shù)據(jù)從整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除，其中背景數(shù)據(jù)是指點(diǎn)云數(shù)據(jù)中高度值最小的部分；經(jīng)過預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，是場(chǎng)景內(nèi)與背景有一定高度差的物體數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)都包含有位置與高度信息。所述的步驟(4)中的物體識(shí)別具體步驟如下所述:
(41)、搜索三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)找到包含有效高度值的點(diǎn)，將此點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)，其中i為正整數(shù)；
(42)、以該點(diǎn)為中心做八鄰域搜索，依次檢查各鄰域點(diǎn)的高度值，將包含有效高度值的點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)；
(43)、依次以步驟(42)中檢測(cè)出的包含有效高度值的點(diǎn)為中心執(zhí)行步驟(42)的操作；若步驟(42)中各包含有效高度值的鄰域點(diǎn)處理完畢，進(jìn)入步驟(44)；
(44)、若步驟(43)中被標(biāo)記的點(diǎn)周圍存在包含有效高度值的點(diǎn)，返回(42);若否則進(jìn)入(45)；
(45)、搜索全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，若其中有未被標(biāo)記的點(diǎn)，返回(41)，此時(shí)i的值加I;若否進(jìn)入(46)；
(46 )、運(yùn)用邊緣搜索算法，提取已識(shí)別出的各個(gè)物體的輪廓；
(47)、如果是第一幀影像，手動(dòng)從已識(shí)別出的若干個(gè)物體中選擇目標(biāo)物體，進(jìn)入步驟(48);否則進(jìn)入(49)；
(48)、將目標(biāo)物體的輪廓和目標(biāo)物體的高度值，作為目標(biāo)物體模型存儲(chǔ)在內(nèi)存單位
中；
(49)、將目標(biāo)物體模型與后續(xù)幀影像識(shí)別出的若干個(gè)物體進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)物體所在的位置，結(jié)束。所述的步驟(6)中的標(biāo)記用高亮顏色填充目標(biāo)物體的邊緣像素，清楚的顯現(xiàn)目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置。
本發(fā)明還提供一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別系統(tǒng)，包括以下模塊:
數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)；
配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像配準(zhǔn)在同一空間位置上；
三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于將配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲點(diǎn)；
物體識(shí)別模塊，用于識(shí)別三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的物體；
映射模塊，用于將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置；
標(biāo)記模塊，對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理。本發(fā)明的有益效果:
O能有效克服光照強(qiáng)度的影響:由攝像頭所采集的數(shù)字影像受光照影響較強(qiáng)，在光照較暗或有物體反射時(shí)得到的圖像質(zhì)量不佳，不能有效的進(jìn)行物體識(shí)別，而采用基于近紅外的面結(jié)構(gòu)光得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不受光照度的影響；
2)能有效克服當(dāng)物體顏色與背景顏色相近時(shí)物體識(shí)別度不高的問題:數(shù)字影像是二維的圖像，當(dāng)物體顏色與背景顏色區(qū)分不明顯時(shí)，物體的識(shí)別是一個(gè)很棘手的問題，而由基于近紅外線的面結(jié)構(gòu)光所獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)是場(chǎng)景內(nèi)的三維空間數(shù)據(jù)，包含物體的高度信息，通過高度差別能較方便的將物體從背景中提取出來；
3 )能有效減少數(shù)據(jù)運(yùn)算量:由攝像頭獲取的數(shù)字圖像的分辨率通常較由面結(jié)構(gòu)光所獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分辨率高、數(shù)據(jù)量大，相應(yīng)的，僅使用數(shù)字圖像進(jìn)行物體識(shí)別需要的運(yùn)算量大，而使用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配合數(shù)字影像進(jìn)行物體識(shí)別能大大減少運(yùn)算量，有效提高物體識(shí)別速度。


圖1是本發(fā)明的方法流程 圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)獲取裝置的示意 圖3是基于三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的物體識(shí)別示意 圖4是三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與平面影像數(shù)據(jù)映射示意 圖5是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明是一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，包括以下步驟:(1)、獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)；
(2)、對(duì)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理:將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)在同一空間位置上；
(3)、對(duì)配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理:剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲
占.(4)、對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行物體識(shí)別； (5)、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置及該目標(biāo)物體所占用的像素點(diǎn)；
(6 )、對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理；
(7)、重復(fù)步驟(I) (6)，對(duì)獲取的后續(xù)幀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理達(dá)到追蹤、標(biāo)記目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)的目的。所述的步驟(I)中首先使用結(jié)構(gòu)光投射器向場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)投射近紅外光，對(duì)場(chǎng)景內(nèi)空間進(jìn)行標(biāo)記，空間中的每一點(diǎn)都具有編碼信息，代表不同的位置與距離；其次用帶紅外濾波器的CMOS影像傳感器從場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)讀取經(jīng)過編碼的光線，并進(jìn)行解碼，將點(diǎn)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為高度信息，生成場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，彩色攝像頭獲取同一場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的彩色數(shù)字圖像，得到場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的數(shù)字影像數(shù)據(jù)，彩色攝像頭與CMOS影像傳感器以相同的幀率輸出彩色圖像與深度圖像。由結(jié)構(gòu)光獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)表達(dá)的是場(chǎng)景內(nèi)的高度信息，只與各物體的形狀及高度值等物理特性有關(guān)，不受光照、背景色等條件的影響，能很好的彌補(bǔ)彩色數(shù)字影像在此方面的不足；此外，與數(shù)字影像相比，同一范圍內(nèi)三維點(diǎn)云的數(shù)據(jù)量更小，在進(jìn)行目標(biāo)物體的識(shí)別運(yùn)算時(shí)的計(jì)算量更少，可以顯著提高識(shí)別速度。如圖2所示，所述的結(jié)構(gòu)光投射器、CMOS影像傳感器與彩色攝像頭三個(gè)設(shè)備依次緊密相鄰排列，且三個(gè)設(shè)備的中心點(diǎn)在同一條軸線上，三個(gè)設(shè)備均架設(shè)在被測(cè)場(chǎng)景區(qū)域的正上方。CMOS影像傳感器與彩色攝像機(jī)緊鄰位于同一條軸線上，二者不在同一位置，產(chǎn)生的圖像存在位移偏差，所以需要數(shù)據(jù)配準(zhǔn)模塊將兩者配準(zhǔn)在同一空間位置。僅經(jīng)過配準(zhǔn)處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不僅包含場(chǎng)景內(nèi)的物體，而且包含場(chǎng)景的背景數(shù)據(jù)及噪聲點(diǎn)，這些數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)后續(xù)算法產(chǎn)生干擾，所以點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊剔除場(chǎng)景的背景數(shù)據(jù)與噪聲點(diǎn)。所述的步驟(3)中的預(yù)處理包括以下三個(gè)步驟:
(31)、過濾:去除無效點(diǎn)及明顯錯(cuò)誤的點(diǎn)，如高度值為零的點(diǎn)或?yàn)樨?fù)值的點(diǎn)；
(32)、閾值處理:通過設(shè)定略高于目標(biāo)物體的高度值對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾操作，只保留目標(biāo)物體所處高度范圍內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
(33)、背景剔除:將背景數(shù)據(jù)從整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除，其中背景數(shù)據(jù)是指點(diǎn)云數(shù)據(jù)中高度值最小的部分；經(jīng)過預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，是場(chǎng)景內(nèi)與背景有一定高度差的物體數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)都包含有位置與高度信息。三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理后，數(shù)據(jù)量大大減少，可以有效增加物體識(shí)別速度，經(jīng)過預(yù)處理后，如圖3所示，其中高度值在100附近的點(diǎn)被剔除，只剩下四塊陰影部分所覆蓋的區(qū)域。所述的步驟(4)中的物體識(shí)別具體步驟如下所述:
(41)、搜索三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)找到包含有效高度值的點(diǎn)，將此點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)，其中i為正整數(shù)；
(42)、以該點(diǎn)為中心做八鄰域搜索，依次檢查各鄰域點(diǎn)的高度值，將包含有效高度值的點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)；
(43)、依次以步驟(42)中檢測(cè)出的包含有效高度值的點(diǎn)為中心執(zhí)行步驟(42)的操作；若步驟(42)中各包含有效高度值的鄰域點(diǎn)處理完畢，進(jìn)入步驟(44)；
(44)、若步驟(43)中被標(biāo)記的點(diǎn)周圍存在包含有效高度值的點(diǎn)，返回(42);若否則進(jìn)入(45)； (45)、搜索全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，若其中有未被標(biāo)記的點(diǎn)，返回(41)，此時(shí)i的值加I ;若否進(jìn)入(46)；
以圖3中的左上角的目標(biāo)物體為例，先將高度值為205的點(diǎn)標(biāo)記為物體I的點(diǎn)(物體I的有效高度值包括有:205、206、207、211、220、218、215、210);以205點(diǎn)為中心做搜索，搜索出高度值為206、207、211、220的點(diǎn)，標(biāo)記為物體I的點(diǎn)，然后再分別以206、207、211、220點(diǎn)作為中心，搜索出218、215、211、210，均標(biāo)記為物體I的點(diǎn)，然后再以218、215、211、210為中心搜索，搜索到205、207，標(biāo)記為物體I的點(diǎn)，再以205、207為中心搜索，沒有有效高度值的點(diǎn)了，則屬于物體I的有效高度值點(diǎn)搜索完畢。然后按照此方法搜索其它物體的有效高度值點(diǎn)，圖3中顯示有4個(gè)物體。(46)、運(yùn)用邊緣搜索算法，提取已識(shí)別出的各個(gè)物體的輪廓；
(47)、如果是第一幀影像，手動(dòng)從已識(shí)別出的若干個(gè)物體中選擇目標(biāo)物體，進(jìn)入步驟(48);否則進(jìn)入(49)；
(48)、將目標(biāo)物體的輪廓與高度值(即目標(biāo)物體模型)存儲(chǔ)在內(nèi)存單位中；
(49)、將目標(biāo)物體模型與后續(xù)幀影像識(shí)別出的若干個(gè)物體進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)物體的位置，結(jié)束。如圖4所示，目標(biāo)物體M在三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像中的位置是對(duì)應(yīng)的，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分辨率較數(shù)字影像的低，因此，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的I個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)數(shù)字影像中的若干個(gè)像素點(diǎn)。這樣，通過映射模塊的處理就能得到目標(biāo)物體輪廓在數(shù)字影像中的位置及該物體所占用的像素點(diǎn)；目標(biāo)物體輪廓在數(shù)字影像中的位置及其所占用的像素點(diǎn)都是確定的，用高亮顏色填充邊緣像素進(jìn)行標(biāo)記，這樣可以很清楚的看到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置。此后，對(duì)CMOS影像傳感器所得到的每一幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)與彩色攝像頭所得到的每一幀數(shù)字圖像，都進(jìn)行上述處理，即首先得到目標(biāo)物體在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的位置，再將該位置映射到數(shù)字圖像中進(jìn)行標(biāo)記，此過程的反復(fù)執(zhí)行就可以達(dá)到追蹤、標(biāo)記目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)的目的。本發(fā)明還提供了一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別系統(tǒng)，如圖5所示，包括以下模塊:
數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)；
配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像配準(zhǔn)在同一空間位置上；
三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于將配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲點(diǎn)；
物體識(shí)別模塊，用于識(shí)別三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的物體；
映射模塊，用于將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置；
標(biāo)記模塊，對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理。
權(quán)利要求
1.一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:包括以下步驟:(1)、獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)； (2)、對(duì)獲取的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理:將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像數(shù)據(jù)配準(zhǔn)在同一空間位置上； (3)、對(duì)配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理:剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲占.(4)、對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行物體識(shí)別； (5)、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置及該目標(biāo)物體所占用的像素點(diǎn)； (6 )、對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理； (7)、重復(fù)步驟(I) (6)，對(duì)獲取的后續(xù)幀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到追蹤、標(biāo)記目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:所述的步驟(I)中首先使用結(jié)構(gòu)光投射器向場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)投射近紅外光，對(duì)場(chǎng)景內(nèi)空間進(jìn)行標(biāo)記，空間中的每一點(diǎn)都具有編碼信息，代表不同的位置與距離；其次用帶紅外濾波器的CMOS影像傳感器從場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)讀取經(jīng)過編碼的光線，并進(jìn)行解碼，將點(diǎn)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換為高度信息，生成場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，彩色攝像頭獲取同一場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的彩色數(shù)字圖像，得到場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的數(shù)字影像數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:所述的結(jié)構(gòu)光投射器、CMOS影像傳感器與彩色攝像頭三個(gè)設(shè)備依次緊密相鄰排列，且三個(gè)設(shè)備的中心點(diǎn)在同一條軸線上，三個(gè)設(shè)備均架設(shè)在被測(cè)場(chǎng)景區(qū)域的正上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所 述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:所述的步驟(3)中的預(yù)處理包括以下三個(gè)步驟: (31)、過濾:去除無效點(diǎn)及明顯錯(cuò)誤的點(diǎn)，如高度值為零的點(diǎn)或?yàn)樨?fù)值的點(diǎn)； (32)、閾值處理:通過設(shè)定略高于目標(biāo)物體的高度值對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾操作，只保留目標(biāo)物體所處高度范圍內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)； (33)、背景剔除:將背景數(shù)據(jù)從整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)中去除，其中背景數(shù)據(jù)是指點(diǎn)云數(shù)據(jù)中高度值最小的部分；經(jīng)過預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，是場(chǎng)景內(nèi)與背景有一定高度差的物體數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)點(diǎn)都包含有位置與高度信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:所述的步驟(4)中的物體識(shí)別具體步驟如下所述: (41)、搜索三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)找到包含有效高度值的點(diǎn)，將此點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)，其中i為正整數(shù)； (42)、以該點(diǎn)為中心做八鄰域搜索，依次檢查各鄰域點(diǎn)的高度值，將包含有效高度值的點(diǎn)標(biāo)記為物體i的點(diǎn)； (43)、依次以步驟(42)中檢測(cè)出的包含有效高度值的點(diǎn)為中心執(zhí)行步驟(42)的操作；若步驟(42)中各包含有效高度值的鄰域點(diǎn)處理完畢，進(jìn)入步驟(44)； (44)、若步驟(43)中被標(biāo)記的點(diǎn)周圍存在包含有效高度值的點(diǎn)，返回(42);若否則進(jìn)入(45)； (45)、搜索全部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，若其中有未被標(biāo)記的點(diǎn)，返回(41)，此時(shí)i的值加I ;若否進(jìn)入(46)； (46 )、運(yùn)用邊緣搜索算法，提取已識(shí)別出的各個(gè)物體的輪廓； (47)、如果是第一幀影像，手動(dòng)從已識(shí)別出的若干個(gè)物體中選擇目標(biāo)物體，進(jìn)入步驟(48);否則進(jìn)入(49)； (48)、將目標(biāo)物體的輪廓和目標(biāo)物體的高度值，作為目標(biāo)物體模型存儲(chǔ)在內(nèi)存單位中； (49)、將目標(biāo)物體模型與后續(xù)幀影像識(shí)別出的若干個(gè)物體進(jìn)行匹配，得到目標(biāo)物體所在的位置，結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，其特征在于:所述的步驟(6)中的標(biāo)記用高亮顏色填充目標(biāo)物體的邊緣像素，清楚的顯現(xiàn)目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置。
7.現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:包括以下模塊: 數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)； 配準(zhǔn)模塊，用于對(duì)獲取的 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)字影像配準(zhǔn)在同一空間位置上； 三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于將配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，剔除場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的背景數(shù)據(jù)與噪聲點(diǎn)； 物體識(shí)別模塊，用于識(shí)別三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的物體； 映射模塊，用于將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中，得到目標(biāo)物體在數(shù)字影像中的位置； 標(biāo)記模塊，對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合數(shù)字影像數(shù)據(jù)的物體識(shí)別方法，包括以下步驟先獲取場(chǎng)景區(qū)域內(nèi)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和數(shù)字影像數(shù)據(jù)；然后對(duì)獲取的數(shù)據(jù)做配準(zhǔn)處理對(duì)配準(zhǔn)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行物體識(shí)別；將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的目標(biāo)物體輪廓映射到數(shù)字影像中；對(duì)映射后的數(shù)字影像中的目標(biāo)物體做標(biāo)記處理；重復(fù)上述步驟對(duì)獲取的后續(xù)幀的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，達(dá)到追蹤、標(biāo)記目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)的目的。使用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)配合數(shù)字影像進(jìn)行物體識(shí)別能大大減少運(yùn)算量，有效提高物體識(shí)別速度。
文檔編號(hào)G06K9/00GK103093191SQ201210582830
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者王會(huì), 秦嶺, 徐曉, 沈嚴(yán) 申請(qǐng)人:中電科信息產(chǎn)業(yè)有限公司