[發(fā)明專利]基于全局搜索的滅點(diǎn)提取方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710052805.4
• 申請(qǐng)日: 2017-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN106846393B
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚劍;魯小虎;李昊昂;劉亞輝;張笑楓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/536
• 分類號(hào): G06T7/536
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 胡艷

本發(fā)明公開了一種基于全局搜索的滅點(diǎn)提取方法及系統(tǒng)，包括步驟：S1基于等效球面構(gòu)建影像的極坐標(biāo)格網(wǎng)；S2更新極坐標(biāo)格網(wǎng)值；S3基于兩條直線段組成的最小解算集合和滅點(diǎn)的正交特性，獲得所有可能的滅點(diǎn)假設(shè)；S4基于極坐標(biāo)格網(wǎng)值對(duì)所有可能的滅點(diǎn)假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證，選取最為精確的滅點(diǎn)假設(shè)作為滅點(diǎn)提取結(jié)果。本發(fā)明在只存在1、2或3個(gè)滅點(diǎn)的場景均能穩(wěn)定提取滅點(diǎn)，具有魯棒性；實(shí)現(xiàn)簡單，時(shí)間復(fù)雜度較小，且各步驟均適合并行處理，具有實(shí)時(shí)性；采用密集采樣和全局搜索尋找最優(yōu)的方法提取滅點(diǎn)，理論上具有全局最優(yōu)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于全局搜索的滅點(diǎn)提取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

透視投影中，一束平行于投影面的平行線的投影可以保持平行，而不平行于投影面的平行線的投影會(huì)聚集到一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)成為滅點(diǎn)(Vanishing Point)。滅點(diǎn)可以看作是無限遠(yuǎn)處的一點(diǎn)在投影面上的投影。具有正交信息的滅點(diǎn)對(duì)于恢復(fù)照片拍攝瞬間相機(jī)的方位、估計(jì)世界坐標(biāo)系的結(jié)構(gòu)和解求圖像的內(nèi)部參數(shù)具有重要的意義。同時(shí)，作為一個(gè)底層的技術(shù)，滅點(diǎn)提取可以用在很多應(yīng)用上，例如基于單張影像的場景三維重建、視覺導(dǎo)航和相機(jī)自標(biāo)定等等。

單張影像上提取滅點(diǎn)主要有兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)：首先，解算出來的滅點(diǎn)需要滿足全局最優(yōu)性，即解算得到的滅點(diǎn)應(yīng)該在理論上是全局最優(yōu)解，而不是局部最優(yōu)解。其次，滅點(diǎn)需要滿足曼哈頓世界原則(Manhattan world)，即得到的若干個(gè)滅點(diǎn)應(yīng)該相互正交。當(dāng)前較為通用的滅點(diǎn)提取算法主要有：基于窮舉搜索的滅點(diǎn)提取算法、基于期望最大(expectation-maximization)的滅點(diǎn)提取算法、基于RANSAC的滅點(diǎn)提取算法和基于數(shù)學(xué)優(yōu)化的滅點(diǎn)提取算法。

基于窮舉搜索的滅點(diǎn)提取算法是最早提出的滅點(diǎn)提取算法之一。這種算法首先選取大量的可能的滅點(diǎn)，然后窮舉遍歷所有的這些可能的滅點(diǎn)，將其中最為精確的那個(gè)作為結(jié)果。這種算法保證了全局最優(yōu)性，但是時(shí)間耗費(fèi)太大，因而并不實(shí)用。

基于期望最大的滅點(diǎn)提取算法通過迭代進(jìn)行線段分類(expectation step)和滅點(diǎn)估計(jì)(maximization step)這兩個(gè)步驟，來找到最優(yōu)的線段分類和滅點(diǎn)。這種算法時(shí)間耗費(fèi)較小，但是需要給定較為精確的滅點(diǎn)的初始估計(jì)值，而且理論上并不能保證全局最優(yōu)性和正交性。

基于RANSAC的滅點(diǎn)提取算法首先定義一個(gè)最小解算集合(minimal solutionset)，這樣的最小解算集合可以用來計(jì)算得到一組滅點(diǎn)。然后利用RANSAC進(jìn)行隨機(jī)采樣，得到若干最小解算集合，從而得到若干組相對(duì)應(yīng)的可能的滅點(diǎn)(其數(shù)量遠(yuǎn)小于窮舉搜索的滅點(diǎn)提取算法)，最后選取其中精度最高的滅點(diǎn)作為最后的結(jié)果。這種算法雖然能夠保持滅點(diǎn)正交的特性，而且速度很快，但是由于RANSAC本身不具有全局最優(yōu)解的特性，得到的滅點(diǎn)理論上不具有全局最優(yōu)性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于全局搜索的滅點(diǎn)提取方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的一種基于全局搜索的滅點(diǎn)提取方法，包括步驟：

S1基于等效球面構(gòu)建影像的極坐標(biāo)格網(wǎng)，初始化極坐標(biāo)格網(wǎng)中各子格網(wǎng)的值G(i,j)＝0，G(i,j)表示第(i+1)行第(j+1)列子格網(wǎng)的值；

S2對(duì)影像中所有的任意兩條直線段l₁和l₂均執(zhí)行如下：