[發(fā)明專(zhuān)利]基于變分光流的三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與稠密結(jié)構(gòu)重建的直接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210082929.4
• 申請(qǐng)日: 2012-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102663812A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳震;張聰炫;黎明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T17/00;G06T17/30
• 代理公司: 南昌市平凡知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 36122
• 代理人: 張文杰

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維運(yùn)動(dòng)物體的重建技術(shù)，特別是通過(guò)基于光流方法的三維運(yùn)動(dòng)物體的重建技術(shù)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的真實(shí)的世界是三維的，長(zhǎng)久以來(lái)由于受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的限制，我們所能夠得到并能對(duì)之進(jìn)行有效處理及分析的絕大多數(shù)是二維數(shù)據(jù)，使得大量的物體的三維信息丟失。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)信息的獲取已經(jīng)從傳統(tǒng)的二維平面圖像，轉(zhuǎn)向了三維立體圖像。三維重建技術(shù)大體可分為兩類(lèi)：基于特征的方法和基于光流的方法。

基于特征的三維重建技術(shù)已經(jīng)有了較好的發(fā)展，例如使用圖像中的角點(diǎn)、直線、曲線等特征可以計(jì)算圖像中運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)參數(shù)及檢測(cè)到的特征的相對(duì)深度信息。但是由于基于特征的方法只能恢復(fù)圖像中運(yùn)動(dòng)物體的部分特征三維結(jié)構(gòu)，而丟失了物體表面的大量細(xì)節(jié)信息，這使得重建結(jié)果無(wú)法滿(mǎn)足更深層次的要求。

近年來(lái)，變分光流計(jì)算技術(shù)得到了快速發(fā)展，根據(jù)該方法可以得到圖像序列中真實(shí)運(yùn)動(dòng)物體的圖像光流，使用光流進(jìn)行三維重建可以較好的描述物體表面的細(xì)節(jié)信息，因此利用這些光流數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行真實(shí)世界的三維建模得到了很多關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的提供一種基于變分光流的三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與稠密結(jié)構(gòu)重建的直接方法，能快速檢測(cè)圖像序列中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)參數(shù)；能重建圖像中目標(biāo)物體表面的三維稠密結(jié)構(gòu)，更有助于觀察物體的細(xì)節(jié)信息。

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于變分光流的三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與稠密結(jié)構(gòu)重建的直接方法，其包括：

拍攝獲得一組目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的圖像序列；

定義三維運(yùn)動(dòng)基本守恒假設(shè)；

三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)及結(jié)構(gòu)重建，其包括：

根據(jù)變分光流計(jì)算方法中的全局平滑約束策略，設(shè)計(jì)一個(gè)基于三維空間濾波的平滑約束項(xiàng)；

將平滑約束項(xiàng)與三維運(yùn)動(dòng)基本守恒假設(shè)結(jié)合，構(gòu)造一個(gè)三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能量函數(shù)；

利用變分原理將所述能量函數(shù)分別對(duì)三維運(yùn)動(dòng)速度求偏導(dǎo)，然后采用（Gauss-Seilel）迭代，檢測(cè)出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)速度，利用三維運(yùn)動(dòng)速度得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體表面像素點(diǎn)的相對(duì)深度坐標(biāo)；

依據(jù)相對(duì)深度坐標(biāo)得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體表面像素點(diǎn)的相對(duì)三維坐標(biāo)，然后根據(jù)相對(duì)三維坐標(biāo)重建目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的表面像素點(diǎn)以及恢復(fù)物體的表面的三維結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果：

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可以直接利用給定圖像序列檢測(cè)目標(biāo)物體的三維運(yùn)動(dòng)并重建其表面稠密結(jié)構(gòu)。本方法能夠恢復(fù)圖像中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體表面的三維稠密結(jié)構(gòu)，更有助于觀察物體表面的細(xì)節(jié)信息；計(jì)算精度較高，魯棒性好。

附圖說(shuō)明

圖1是?三維點(diǎn)與圖像投影點(diǎn)的透視投影關(guān)系圖。

圖2是立方體實(shí)施例的兩個(gè)幀原圖像。

圖3是立方體三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果。

圖4是立方體表面像素點(diǎn)的相對(duì)深度坐標(biāo)灰度圖。

圖5是立方體表面重建結(jié)果。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出一種基于變分光流的三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與稠密結(jié)構(gòu)重建的直接方法，其包括：

拍攝獲得一組目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的圖像序列；

定義三維運(yùn)動(dòng)基本守恒假設(shè)；

三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)及結(jié)構(gòu)重建，其包括：根據(jù)變分光流計(jì)算方法中的全局平滑約束策略，設(shè)計(jì)一個(gè)基于三維空間濾波的平滑約束項(xiàng)；將平滑約束項(xiàng)與三維運(yùn)動(dòng)基本守恒假設(shè)結(jié)合，構(gòu)造一個(gè)三維運(yùn)動(dòng)檢測(cè)能量函數(shù)；利用變分原理將所述能量函數(shù)分別對(duì)三維運(yùn)動(dòng)速度求偏導(dǎo)，然后采用迭代（如Gauss-Seilel迭代），檢測(cè)出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的三維運(yùn)動(dòng)速度，利用三維運(yùn)動(dòng)速度得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體表面像素點(diǎn)的相對(duì)深度坐標(biāo)；依據(jù)相對(duì)深度坐標(biāo)得到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體表面像素點(diǎn)的相對(duì)三維坐標(biāo)，然后根據(jù)相對(duì)三維坐標(biāo)重建目標(biāo)運(yùn)動(dòng)物體的表面像素點(diǎn)以及恢復(fù)物體的表面的三維結(jié)構(gòu)。

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明。

1、拍攝一組包含運(yùn)動(dòng)物體的圖像序列，如圖1所示為三維點(diǎn)與圖像投影點(diǎn)的透視投影關(guān)系。攝像機(jī)的光軸與Z軸重合，四邊形為圖像平面。

圖1中，令攝像機(jī)位于三維坐標(biāo)系統(tǒng)0點(diǎn)處，在攝像機(jī)拍攝視野內(nèi)存在一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體，該物體的旋轉(zhuǎn)速度為???????????????????????????????????????????????，平移速度為。使用攝像機(jī)拍攝獲得一組運(yùn)動(dòng)物體的圖像序列。

2、定義三維運(yùn)動(dòng)基本守恒假設(shè)。