[發明專利]一種用于深度圖像曲面擬合的方法

在審

• 申請號: 201410004024.4
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103927782A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 普杰信;王粉蝶;劉中華;張慶華;張蕾;蘆晴晴;張秀珍
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 羅民健

技術領域

本發明涉及圖像處理和三維建模技術領域，尤其涉及一種用于深度圖像曲面擬合的方法。?

背景技術

三維空間中的曲面包含著豐富的幾何意義，以曲面的一階微分量和二階微分量為基礎可以構建諸如曲面法向矢量、高斯曲率、平均曲率、主曲率等等重要的曲面特性。這些曲面特性是很多利用深度圖像信息進行圖像分割、識別等應用的基礎。對于深度圖像來說，如果將圖像平面視為以XOY為直角坐標系的平面，像素值視為Z軸上的取值，則圖像可以表示為三維空間的曲面，圖像的局部區域可以看作曲面上某點的鄰域，局部區域具有的曲面特性與曲面鄰域的性質有關，因此從這個角度出發可以將局部曲面特性的研究轉化為曲面局部性質的研究。為了計算深度圖像的曲面特性，采用基于最小二乘法擬合深度圖像，將離散的數據點連續化。?

就最小二乘擬合來說，擬合方法主要有：標準最小二乘法、加權最小二乘法和移動最小二乘法。基函數都選用雙變量二次函數，則標準最小二乘誤差較大，計算有病態；加權最小二乘法則考慮到不同點的重要性差異，與兩者相比，移動最小二乘擬合效果好，便于計算二階微分。缺點就是計算量大，為了減小計算復雜度。考慮到權函數在計算點的平移特性，讓基函數也選用具有平移特性的泰勒基函數。通常，基函數采用的是單項式基函數基空間，計算的復雜性有待提高。針對這個問題，本發明采用具有平移特性的泰勒基函數進行深度圖像曲面擬合。仿真結果表明，本發明與單項式基函數相比，既降低了計算的復雜度，同時保留了運算的精度。?

發明內容

針對傳統最小二乘擬合計算量大的缺點，本發明提供一種用于深度圖像曲面擬合的方法，該方法采用基于泰勒基函數的移動最小二乘法進行擬合，即采用雙二次泰勒基函數來擬合深度圖像中N*N的區域，每次擬合窗口中只計算窗口中心像素的擬合值，通過移動擬合窗口的中心得到每個像素點的擬合值，邊緣處的像素則單獨考慮。仿真實驗結果表明，該方法提高計算效率的同時增加了計算的穩定性，且能保證較高的精度。使用該方法進行擬合之后，可以方便的計算圖像的高斯曲率和平均曲率等曲面特性參數。?

本發明的技術解決方案為：一種用于深度圖像曲面擬合的方法，包括以下步驟：?

1)????深度圖像的獲取，即獲取場景中各點相對于攝像機的距離；

2)????對２Ｄ圖像進行預處理，找到感興趣的區域，通過閾值分割從圖像中分割出目標區域；

3)????在目標區域內，獲取３Ｄ數據點，根據張正友標定方法對相機進行標定，根據標定結果得到的相機的內部參數計算圖像的三維形態數據點；

4)????根據步驟三取得的三維形態數據點，確定初始擬合鄰域?，從N=3開始擬合，設定在該鄰域內確定曲面表達式為：

；（1）?

5)????利用步驟4的曲面表達式，根據最小二乘法計算系數；

6)????系數計算之后，將擬合點代入表達式可以得到該點擬合的結果：，該點的一、二階導數可計算；

7)????得到該像素點的擬合結果，然后與源圖像對應點比較，計算擬合誤差，確定誤差閾值T，如果大于閾值則N增加1，返回步驟4；否則向下一個像素點遍歷，按照從左向右從上到下的方向將每個像素遍歷一遍，得到這幅圖像的曲面擬合結果。

仿真實驗結果表明，該方法能使計算公式簡單化，能夠有效降低計算復雜度，且能保留移動最小二乘法較高的精度。使用該方法進行擬合之后，可以方便的計算圖像的高斯曲率和平均曲率等曲面特性參數。?

附圖說明

圖1是本發明方法的基本流程圖；?

圖是原圖像及兩種方法擬合結果圖；?

圖是圖2中兩種方法擬合結果對比圖；?

圖是兩種方法時間對比圖；

圖是圓柱體深度圖像及高斯曲率和平均曲率隨擬合半徑的變化情況圖；

圖是人臉深度圖像及高斯曲率和平均曲率隨擬合半徑的變化情況圖；

圖7是標準深度圖像及兩種方法擬合結果圖；

圖是兩種方法擬合誤差對比圖。

具體實施方式

本發明將移動最小二乘法運用在深度圖像的曲面擬合之中，為了使本發明的技術方案及優點更加清楚明白，對本發明進行進一步說明。?

一種用于深度圖像曲面擬合的方法，包括以下步驟：?

1）深度圖像的獲取，即獲取場景中各點相對于攝像機的距離；攝像機采用線陣相機對攝像目標進行攝像獲取；

2）對２Ｄ圖像進行預處理，找到感興趣的區域，通過閾值分割從圖像中分割出目標區域；