[發明專利]一種基于平行平面和無窮遠點的仿射重構的方法

無效

• 申請號: 201110061083.1
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102682468A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 趙越;胡曉華;王慧
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算機視覺中的三維重建的領域，是一種利用一組平行平面和一對無窮遠點來對空間物體仿射重構的新方法。

背景技術

三維重建是計算機視覺領域中一個重要的研究領域，它是指從兩幅或者多幅圖像的像點坐標來恢復與之對應的空間點的世界坐標，即，恢復物體的三維空間結構。一般來說，在攝像機內參數不變的情況下，重構的框架可以分為兩大類：第一類是基于基本矩陣和對極幾何來計算內參數，最常見的是在兩幅圖像之間建立Kruppa方程；第二類是分層逐步自標定重構，即：首先對序列圖像做射影重構，在此基礎之上，進行仿射重構和歐式重構。

由于三維重建涉及到計算機視覺，計算機圖形學，圖像處理，虛擬現實等技術領域，因此，近些年一直是研究的熱點。目前對其的研究主要是從特征檢測，特征點匹配和攝像機標定這3個方面進行的。在分層重構過程中，射影重構的關鍵是確定基本矩陣，仿射重構則是確定無窮遠平面的單應矩陣，而度量重構一般則是在仿射重構的基礎之上來完成的。三維重建的過程就是根據上述的方法來確定攝像機外部參數的過程，即物體空間點的世界坐標。

隨著計算機視覺技術的不斷發展，三維重構技術也出現了多種多樣的算法。1992年Hartley和Faugeras提出了由未標定的圖像序列進行三維重構的算法，即先僅由二維圖像上的對應點對三維物體進行射影重構，然后根據場景信息、攝像機的運動參數信息進行仿射重構，最后由攝像機內部結構信息得到度量重構。文獻“基于兩幅圖像的三維物體分層重構”中(趙為民，梁棟，唐俊.計算機工程與應用，2003，36：78-80)提出了基于攝像機內參數不變的實驗靶標為兩個長方體的分層重構算法，其采用的內參數模型是5參數模型，在攝像機標定過程中至少需要兩幅圖像。

文獻“由平行平面的投影確定無窮遠平面的單應矩陣”(孫鳳梅，胡占義，吳福朝.軟件學報，2003，14(5)：936-948)中提出了利用平行平面來確定無窮遠平面的單應矩陣，進而可以對三維物體直接仿射重構，但是該文的算法是需要兩組平行平面，由于不是所有的物體都可以包含兩組平行平面，而有的空間物體只含有一組平行平面，所以這種算法具有一定的局限性，有待于進一步研究。針對能否使用一幅圖像就可以線性的高精度的恢復物體的三維空間結構，就是我們目前的研究重點。

發明內容

本發明采用了正三棱柱為靶標，利用一組平行平面和一對無窮遠點來線性的確定無窮遠平面的單應矩陣，進而完成對空間物體的仿射重構，該方法具有運算簡單，且精度較高等優點。

本發明的技術解決方案

一種基于平行平面和無窮遠點的仿射重構的方法，其主要是用于包含一組平行平面和一對無窮遠點的場景中，我們取場景中所包含的一組平行平面，利用單應矩陣對無窮遠平面形成一個約束，然后在利用無窮遠點來完成無窮遠單應的求解，最后利用三角原理來確定空間點的世界坐標，進而完成仿射重建。具體步驟包括：平行平面所對應的單應矩陣的求解，無窮遠單應矩陣的求解和空間點的世界坐標的求解。

(1)計算平行平面所對應的單應矩陣

對任一平面中任意四點，其中三點不共線的，分別找到其在兩幅圖像上的所對應的象點，利用m₂＝Hm₁，求出H，則H即為平面所對應的單應矩陣。

(2)利用平行平面的單應矩陣來求解α(α＝K^-Tn)

根據前面知識單應矩陣可以表示為：(n_d＝n/d)當d→∞，H_∞＝K′RK^-1，所以，任意的單應矩陣都可以用無窮遠平面的單應矩陣表示出來，即：設π₁，π₂為一組平行平面，H¹，H²為其對應的一組單應矩陣，故可以用無窮遠平面的單應矩陣表示出來，(s₁，s₂為非零常數)，將上面兩個式子做差，可以得到則上式可以轉化為xH¹+e′y^T＝H²，利用線性方程組可以求出x，y，在相差一個非零常數數因子的意義下可以線性確定向量α。

(3)利用無窮遠點來確定無窮遠單應矩陣H_∞