[發明專利]基于旋轉矩陣搜索的魚眼圖像匹配方法

有效

• 申請號: 201210091633.9
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102651131A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 祝海江;徐曉波;王旋
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及的是一種計算機視覺領域的方法，具體是一種基于旋轉矩陣搜索的魚眼圖像匹配方法。

背景技術

從二維圖像中恢復三維物體可見表面幾何結構的三維重建技術一直是計算機視覺的重要研究內容。近些年來，隨著數字博物館、數字考古，虛擬現實等領域應用的不斷發展，物體表面結構的視覺效果已成為三維重建技術越來越關注的問題，而圖像對應點的匹配方法是應用三維重建技術的一個關鍵問題。目前常用的匹配算法如基于特征點、基于Harris角點，基于相關性等匹配算法都是針對透視圖像的，而關于魚眼圖像匹配方法的報道還很少。魚眼攝像機由于視角廣，在大視角的應用場合如大場景重建中比普通透視攝像機具有更大優勢。對于普通透視攝像機需要幾十幅圖像來重建的場景，魚眼攝像機僅僅需要幾幅圖像就可以覆蓋場景范圍。因此，本發明研究的魚眼圖像匹配算法具有重要的應用價值。

經對現有技術的文獻檢索發現，Micusik等人在文獻《3D?Metric?Reconstruction?from?Uncalibrated?Omnidirectional?Images》(Proceedings?of?the?Asian?Conference?on?Computer?Vision，2004：545-550，亞洲計算機視覺會議)上，闡述了基于魚眼圖像的匹配方法，要求在精確估計魚眼攝像機的變形參數和外參數及兩幅魚眼圖像的對極幾何關系的情況下，該方法實現了兩幅魚眼圖像之間特征點的匹配；許振輝等人在文獻《基于鄰域傳遞的魚眼圖像的準稠密匹配》(35(9)：1159-1167，2009，自動化學報)上，闡述了采用鄰域傳遞思路在魚眼圖像對應區域之間建立局部仿射模型變換關系，從而估計魚眼圖像的準稠密匹配點；Xiaoming?Li等人在文獻《Ratation?Model?Based?Quasi-Dense?Matching?Propagation?for?Uncalibrated?Fisheye?Images》(VII181-185，2010?International?Conference?on?Computer?Applicatin?and?System?Modeling，國際計算機應用于系統模型會議)上，闡述了基于魚眼圖像平面旋轉模型的準稠密特征點匹配方法。以上這些魚眼圖像匹配方法都是在魚眼圖像平面上進行的，沒有很好的利用魚眼圖像上特征點在單位球面上的投影點信息。

發明內容

本發明的目的在于不需要精確獲取魚眼攝像機模型參數的情況下，將魚眼圖像的特征點投影到單位球面上，提出一種基于兩幅圖像之間旋轉矩陣搜索的魚眼圖像匹配方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明從兩幅魚眼圖像上的特征點出發，提出在僅僅估計魚眼攝像機的焦距及圖像主點坐標的情況下，將魚眼圖像特征點投影到單位球面上變換為三維球面點坐標；然后根據計算旋轉矩陣和平移向量需要的最少對應點數目，即在第一幅魚眼圖像及第二幅魚眼圖像對應的單位球面上分別選擇一組可能的匹配點對估計旋轉矩陣和平移向量；通過計算的旋轉矩陣和平移向量估計出第一幅球面透視圖像上的點在第二幅球面透視圖像上的反投影點與第二幅球面透視圖像上特征點的夾角和；最后，根據夾角和最小化估計出兩幅魚眼圖像之間對應的旋轉矩陣和平移向量，從而確定兩幅圖像間正確的匹配點對。

一種基于旋轉矩陣搜索的魚眼圖像匹配方法，其特征在于，具體步驟如下：

(1)提取兩幅原始魚眼圖像上的所有特征點m_i及m′_i，這兩組特征點作為需要匹配的數據；

(2)在第一幅魚眼圖像上選擇特征點m_i，以這個特征點為中心選擇矩形相關窗口，再在第二幅魚眼圖像上以與點m_i相同的坐標為中心選擇大小為矩形相關窗口2倍大的矩形搜索窗口；

(3)計算第一幅魚眼圖像上特征點m_i＝(u，v)^T與第二幅魚眼圖像上在矩形搜索窗口中的特征點m′_i＝(u′，v′)^T的灰度相關系數Cor(m_i，m′_i)：

設定的灰度相關系數閾值為0.6，則在第二幅魚眼圖像上灰度相關系數大于閾值的特征點是與第一幅魚眼圖像上的特征點m_i相匹配的候選特征點；