本公开提供了一种表面点云有向法向量的校正方法及装置，方法包括：基于主成分分析法获取点云中各个点的初始法向量；利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向；针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量。本方法能够在物体表面细节丰富、曲率变化剧烈、光照变化大等情况下，解决法向量不精确的问题，提高点云处理的准确性。
【技术实现步骤摘要】
本公开涉及三维视觉感知，尤其涉及一种表面点云有向法向量的校正方法及装置。
技术介绍
1、点云法向量指示了表面在每个点的朝向，对于识别物体形状以及实现精确的机器人操作至关重要。点云法向量估计在三维重建、机器人操作等应用中扮演着关键角色。
2、相关技术中，点云法向量估计方法通常包括基于几何形状、基于深度学习和基于混合模型实现。其中，基于几何形状一般利用点云的局部几何特征，如曲率和法线一致性，来估计法向量。基于深度学习的方法则利用深度神经网络，通过大规模数据训练模型，实现对法向量的端到端学习。另外，还有一些研究提出混合模型，结合几何特征和深度学习技术，以提高法向量估计的精度和鲁棒性。然而，在点云中，由于噪声、不完整性和稀疏性等因素影响，部分区域的法向量难以被准确估计。特别是在物体表面细节丰富、曲率变化剧烈、光照变化大的情况下，现有方法容易产生法向量不一致、不光滑或不精确的问题。因此，如何提高点云处理的准确性是当前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种表面点云有向法向量的校正方法及装置，在物体表面细节丰富、曲率变化剧烈、光照变化大等情况下，解决法向量不精确的问题，提高点云处理的准确性。
2、为了实现上述目的，本公开实施例提供技术方案如下：
3、第一方面，本公开的实施例提供一种表面点云有向法向量的校正方法，所述方法包括：
4、基于主成分分析法获取点云中各个点的初始法向量；
5、利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向；
6、针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量。
7、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量之后，还包括：
8、获取点云中的目标点，以及目标点邻域内的邻域点；所述目标点为所述点云中的任意一点；
9、计算目标点邻域内的各个点对所述目标点的权重；
10、将所述目标点邻域内的各个点对所述目标点的权重进行加权求和，获取所述目标点微调后的第二法向量。
11、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述方法还包括：
12、重复执行步骤所述获取点云中的目标点，以及目标点邻域内的邻域点、所述计算目标点邻域内的各个点对所述目标点的权重、所述将所述目标点邻域内的各个点对所述目标点的权重进行加权求和，获取所述目标点微调后的第二法向量，直至得到的第二法向量不变，或者，当更新次数达到预设更新次数时，确定对所述目标点微调后的目标第二法向量。
13、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向，包括：
14、针对所述点云中的每个点，分别计算各个点与所述点云中其他点的排斥作用；
15、根据各个点与所述点云中其他点的排斥作用，计算各个点受到的总排斥作用；
16、根据各个点受到的总排斥作用，确定各个点的法向量的实际指向。
17、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述针对所述点云中的每个点，分别计算各个点与所述点云中其他点的排斥作用，包括：
18、根据如下公式计算分别计算各个点与所述点云中其他点的排斥作用：
19、
20、其中，pi、pj表示点云p上的i点和j点，c表示可调节参数，fij表示i点受到点云中其他点j的排斥作用。
21、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述根据各个点与所述点云中其他点的排斥作用，计算各个点受到的总排斥作用，包括：
22、根据如下公式计算各个点受到的总排斥作用：
23、
24、其中，fi表示点云p上的i点受到点云p上其他各个点的排斥作用的总和。
25、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量，包括：
26、根据如下公式获取各个点调整后的第一法向量：
27、
28、其中，ni表示i点的初始法向量，n′i表示i点的第一法向量，i(·)表示指示函数，指示函数满足条件时返回为1，不满足条件时返回为-1；fi表示点云p上的i点受到点云p上其他各个点的排斥作用的总和，表示fi的转置。
29、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述计算目标点邻域内的各个点对所述目标点的权重，包括：
30、确定目标点的切平面；
31、获取所述目标点邻域内的各个点到所述切平面的距离；
32、根据所述目标点邻域内的各个点到所述切平面的距离，获取目标点邻域内各个点对所述目标点的权重。
33、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述确定目标点的切平面，包括：
34、根据如下公式确定目标点的切平面：
35、n′ix(x-pix)+n′iy(y-piy)+n′iz(z-piz)＝0
36、其中，n′ix表示i点的第一法向量n′i的x值，n′iy表示i点的第一法向量n′i的y值，n′iz表示i点的第一法向量n′i的z值；pix表示i点的x坐标，piy表示i点的y坐标，piz表示i点的z坐标。
37、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述获取所述目标点邻域内的各个点到所述切平面的距离，包括：
38、根据如下公式获取所述目标点邻域内的各个点到所述切平面的距离：
39、
40、其中，表示第k点到i点的切平面的距离，表示点的x坐标，表示点的y坐标，表示点的z坐标。
41、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述根据所述目标点邻域内的各个点到所述切平面的距离，获取目标点邻域内各个点对所述目标点的权重，包括：
42、根据如下公式获取目标点邻域内各个点对所述目标点的权重：
43、
44、其中，表示邻域内第k个点的权重，e表示自然常数，表示第k点到i点的切平面的距离，j表示变量，j的取值范围为1～k。
45、第二方面，本公开实施例提供一种表面点云有向法向量的校正装置，包括：
46、获取模块，用于基于主成分分析法获取点云中各个点的初始法向量；
47、计算模块，用于利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向；
48、调整模块，用于针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量。
49、作为本公开实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：...
【技术保护点】
1.一种表面点云有向法向量的校正方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量之后，还包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对所述点云中的每个点，分别计算各个点与所述点云中其他点的排斥作用，包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各个点与所述点云中其他点的排斥作用，计算各个点受到的总排斥作用，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量，包括：
8.一种表面点云有向法向量的校正装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的表面点云有向法向量的校正方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的表面点云有向法向量的校正方法。
...
【技术特征摘要】
1.一种表面点云有向法向量的校正方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述点云中的每个点，根据法向量的实际指向，对所述初始法向量进行调整，获取调整后的第一法向量之后，还包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用点云中各个点之间的排斥作用，计算出各个点受到的总排斥作用，确定所述点云中各个点的法向量的实际指向，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述针对所述点云中的每个点，分别计算各个点与所述点云中其他点的排斥作用，包括：
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁挺，邓彬烽，詹恒瑞，
申请(专利权)人：北京中科慧灵机器人技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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