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[發明專利]一種基于反饋控制的交互式點云分割方法有效

專利信息
申請號: 202011151636.8 申請日: 2020-10-26
公開(公告)號: CN112465829B 公開(公告)日: 2022-09-27
發明(設計)人: 蘇智勇;何麗君;鄧安;單梁 申請(專利權)人: 南京理工大學
主分類號: G06T7/11 分類號: G06T7/11;G06T7/187
代理公司: 南京理工大學專利中心 32203 代理人: 薛云燕
地址: 210094 江*** 國省代碼: 江蘇;32
權利要求書: 查看更多 說明書: 查看更多
摘要:
搜索關鍵詞: 一種 基于 反饋 控制 交互式 分割 方法
【權利要求書】:

1.一種基于反饋控制的交互式點云分割方法,其特征在于,包括以下步驟:

步驟1、根據基于區域增長的點云分割原理確定反饋狀態,設計反饋控制框架,給出反饋控制框架的數學概念表達式;

步驟2、對用戶輸入的點云進行處理,并擴散輸入效果;

步驟3、根據用戶輸入和預估分割結果表達式,利用李雅普諾夫直接法確定預估分割表達式的控制律,使得預估分割結果趨向于理想分割結果;

步驟4、利用李雅普諾夫直接法確定輸出分割表達式的控制律,使得輸出分割的結果跟蹤預估分割結果,得到用戶期望的點云分割結果;

步驟1所述的根據基于區域增長的點云分割原理確定反饋狀態,設計反饋控制框架,給出反饋控制框架的數學概念表達式,具體如下:

步驟1.1、分析基于區域增長的點云分割原理;

步驟1.2、根據原理給出反饋狀態,設計反饋控制框架,給出反饋控制框架的數學概念表達式,具體如下:

根據區域增長算法的分割依據,將當前點與種子點的法線夾角θ作為反饋狀態;

根據反饋狀態確定反饋控制系統的輸入輸出形式,設計反饋控制框架,給出反饋控制框架的數學概念表達式;

設輸出分割結果為θ,預估分割結果為θ*,其中上標k-1、k分別表示經過k-1、k次輸入;

反饋控制框架的數學概念表達式為

其中ξk、分別是第k次用戶輸入時,預估分割結果和輸出分割結果之間的誤差、預估分割結果和用戶輸入效果的誤差、用戶輸入效果;是輸出分割的控制律,確保輸出分割結果能夠跟蹤預估分割結果;是預估分割的控制律,確保預估分割結果能夠跟蹤用戶輸入。

2.根據權利要求1所述的基于反饋控制的交互式點云分割方法,其特征在于,步驟2所述的對用戶輸入的點云進行處理,并擴散輸入效果,具體如下:

用K近鄰法即KNN搜索輸入點Pinput的鄰點x,計算鄰點與種子點的法線夾角θ,當θ小于夾角閾值θth時,將鄰點x歸于輸入影響區域;

若θ<θth,點x的曲率c<cth,且點x的標簽Label(x)與輸入點的標簽Label(Pinput)不同時,

Label(x)≠Label(Pinput)

則將點x置于種子點集合中;其中cth表示曲率閾值;

從種子點集合中依次取種子點,搜索鄰點,得到曲率c、法線夾角

其中為第k個輸入點對點x的影響,即第k個輸入點擴散過程中,第i次由點Pik擴散所得到的鄰域點x和Pik之間的法線夾角;點Pik為第k個輸入點的第i次擴散的種子點;分別為點x和點Pik的法線向量;

循環取種子點、搜索鄰點、判斷曲率和法線夾角的過程,直至種子點集合為空。

3.根據權利要求1所述的基于反饋控制的交互式點云分割方法,其特征在于,步驟3所述的根據用戶輸入和預估分割結果表達式,利用李雅普諾夫直接法確定預估分割表達式的控制律,使得預估分割結果可以趨向于理想分割結果,具體如下:

步驟3.1、根據李雅普諾夫穩定性分析法,設計李雅普諾夫函數V1,即理想分割與輸入的總標簽誤差:

其中P表示點云中點的集合;x表示點云中的點,x∈P;為預估分割結果和用戶輸入效果的誤差;

步驟3.2、根據李雅普諾夫第二法,設計的具體表達式;應滿足V1負半定的要求,使預估分割結果能夠跟蹤用戶輸入,設

其中α表示預估分割結果和用戶輸入效果的誤差在控制律G中的權重系數;

若要使V1負半定,應有

證明:

其中V1(k+1)、V1(k)分別表示第k+1次、第k次迭代過后的理想分割與輸入的總標簽誤差。

4.根據權利要求3所述的基于反饋控制的交互式點云分割方法,其特征在于,步驟4所述的利用李雅普諾夫直接法確定輸出分割表達式的控制律,使得輸出分割的結果跟蹤預估分割結果,得到用戶期望的點云分割結果,具體如下:

步驟4.1、根據李雅普諾夫穩定性分析法,設計李雅普諾夫函數V2,即輸出分割和預估分割的總標簽誤差:

步驟4.2、根據李雅普諾夫第二法,設計的具體表達式,應滿足V2負半定的要求,使輸出分割結果趨向于預估分割結果,設

若要使V2負半定,應有其中β表示輸出分割點云和預估分割點云的誤差在控制律F中的權重系數;

證明:

其中V2(k+1)、V2(k)分別表示第k+1次、第k次迭代過后的輸出分割和預估分割的總標簽誤差。

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