[發明專利]基于L-M算法和多項式插值對相機跟蹤進行優化的方法在審
| 申請號： | 201911070349.1 | 申請日： | 2019-11-05 |
| 公開（公告）號： | CN111062966A | 公開（公告）日： | 2020-04-24 |
| 發明（設計）人： | 高天寒;姜偉 | 申請（專利權）人： | 東北大學 |
| 主分類號： | G06T7/246 | 分類號： | G06T7/246;G06T5/00 |
| 代理公司： | 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109 | 代理人： | 李珉 |
| 地址： | 110819 遼寧*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 算法 多項式 相機 跟蹤 進行 優化 方法 | ||
本發明提供一種基于L?M算法和多項式插值對相機跟蹤進行優化的方法，涉及增強現實技術領域。該方法首先對目標圖片進行檢測識別，識別到目標圖片后，移除目標圖片，進入無標識式AR跟追蹤狀態，并創建AR場景地圖；將AR場景地圖的坐標系以及AR場景中的虛擬對象的坐標系進行虛實注冊，獲取虛擬對象的三維坐標與標準的二維成像平面之間的對應關系；移除識別的目標圖片，完全進入ORB_SLAM2跟蹤，利用列文伯格?馬夸爾特算法和多項式插值優化法對相機跟蹤曲線進行平滑優化；根據優化后的相機跟蹤曲線返回相機的外參，最終結合相機內參計算優化后的相機參數矩陣，進行虛實注冊，保證AR場景中虛擬模型的穩定。
技術領域
本發明涉及增強現實技術領域，尤其涉及一種基于L-M算法和多項式插值對相機跟蹤進行優化的方法。
背景技術
增強現實是一種通過將虛擬模型準確疊加到現實場景中，達到虛實結合效果的技術。增強現實場景比傳統的信息呈現方式更加直觀，有著廣泛的應用。SLAM(simultaneouslocalization and mapping，即時定位與地圖構建)作為支撐增強現實的關鍵技術，用于在未知環境中確定自身位置并且同時構建周圍環境三維地圖，以此保證虛擬模型與真實場景的幾何一致性。當存在識別圖時，AR場景是穩定的，但是移除識別圖后，AR場景中的虛擬物體將變得不穩定。雖然系統會幫助我們最小化誤差，使相機參數滿足最小重投影誤差的約束，但是相鄰幀對應的相機參數的突變和波動沒有完全得到改善，這是導致虛擬場景抖動的原因。
非線性最小二乘是一種優化的手段，效果較好的非線性最小二乘方法是列文伯格-馬夸爾特法，即L-M算法。列文伯格-馬夸爾特法是對相機外參進行初步優化，縮小誤差范圍。多項式插值也是一種優化方法。傳統的一步優化難以保證相機跟蹤曲線的平滑，多種優化方法的結合使用會取得較好的效果。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于L-M算法和多項式插值對相機跟蹤進行優化的方法，實現對相機跟蹤進行優化。
為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：基于L-M算法和多項式插值對相機跟蹤進行優化的方法，包括以下步驟：
步驟1：運行ORB_SLAM2程序，對目標圖片進行檢測識別，在沒有識別到目標圖像之前保持識別狀態；
步驟2：識別到目標圖片后，移除目標圖片，進入無標識式AR跟追蹤狀態，跟蹤的每一幀都繪制虛擬物體，同時調用ORB_SLAM2程序對AR場景進行初始化，即構建AR場景地圖和保持對原目標圖片的跟蹤狀態；
步驟3：在跟蹤狀態下，如果跟蹤失敗重新執行步驟1進行目標檢測，否則檢測成功后重新執行步驟2，繼續調用ORB_SLAM2對AR場景進行初始化，直到AR場景地圖創建成功為止；
步驟4：構建AR場景地圖成功的同時，將AR場景地圖的坐標系以及AR場景中的虛擬對象的坐標系進行虛實注冊，獲取虛擬對象的三維坐標與標準的二維成像平面之間的對應關系；具體涉及到AR場景中虛擬對象的坐標系、世界坐標系、相機坐標系和二維成像平面坐標系之間的轉換；設定虛擬對象坐標系坐標為(Xv，Yv，Zv)，世界坐標系坐標為(Xw，Yw，Zw)，相機坐標系坐標為(Xc，Yc，Zc)；
所述世界坐標系到相機坐標系的轉換，具體如下：
世界坐標系到相機坐標系的轉換是為了確定相機與真實場景的相對位置和方向，轉換公式如下所示：
其中，V3x3是一個3x3的矩陣，反應相機相對于世界坐標系的旋轉分量；W3x1是一個3x1的矩陣，表示的是相機相對于世界坐標系的平移分量；
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