三维不变特征提取的理论和方法研究

近年来，随着计算机技术和三维模型获取技术的发展，在实际应用需求的驱动下，三维不变特征提取的理论和方法研究成为一个新的研究热点。由于三维模型有多种表示方法，三维模型可能具有不同的尺度、位置、旋转角度和拓扑结构，同一物体的不同三维数据获取结果所包含的点集通常是不相同的，这些因素都给三维不变特征的鲁棒提取增加了难度。本项目旨在充分挖掘出三维模型中蕴含的不变性特征，并寻找其不变性特征鲁棒提取的方法。主要研究内容包括多尺度下三维感兴趣点和显著性区域的检测、三维局部不变描述子的构造、基于3D LBP的三维模型全局特征的提取、融合三维结构信息和三维纹理信息的特征提取方法、融合局部信息和全局信息的特征提取方法以及直接从图像序列/视频中获取三维不变特征的方法。本项目的研究对于解决三维模型识别与检索等实际问题，完善三维不变特征提取的理论框架具有重要研究意义。

三维特征提取是进行三维模型分析和理解首先要解决的关键问题，近年来受到国内外研究者越来越多的关注。与相对比较成熟的基于二维图像的特征提取技术相比，三维模型特征提取的理论和方法还不完善，还存在很多关键的技术问题亟待解决。由于三维模型有多种表示方法，多样的数据获取方式使得三维模型可能具有不同的尺度、位置、旋转角度和拓扑结构，同一个物体的不同三维数据获取结果所包含的点集通常是不相同的，这些因素致使一些广泛应用于二维图像的特征提取方法无法直接推广到三维领域且大大增加了进行三维模型鲁棒特征提取的难度。因此，我们有必要充分挖掘出三维模型中蕴含的不变性特征，对有效、鲁棒的三维模型特征提取方法进行深入地研究。本项目研究了多尺度下三维模型感兴趣点检测方法，并将相关研究成果成功应用于三维局部描述子的构造、三维模型配准等领域；将二维图像特征提取方法拓展到三维领域，充分利用三维模型的几何信息和拓扑结构信息，研究了具有尺度、旋转和平移不变性的三维局部不变描述子构造方法，提出了基于CS-LBP算子的三维特征提取方法；使用球面调和基函数将三维模型变换到频域空间中进行三维鲁棒特征的提取方法研究，提出了基于球面调和变换的三维局部特征提取方法及全局特征构造方法；研究了融合三维结构信息和三维纹理信息的特征提取方法及融合局部信息和全局信息的三维特征提取方法，初步形成了一套三维不变特征提取的应用方法和相应理论。在项目执行期间，发表或已录用论文22篇，其中已被SCI收录检索1篇，已被EI收录检索13篇，已被SCI源刊录用（待检索）1篇，已被EI源刊/EI会议录用（待检索）6篇；申请发明专利2项；协助培养博士生2名，硕士生3名。以本项目于依托，成功申请了国家自然科学基金国际（地区）合作交流项目“中外智能科学与智能数据工程国际会议”。