[發明專利]一種基于正弦曲線擬合的全景視覺羅盤估計方法及其應用

在審

• 申請號: 202010131131.9
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111354044A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 師澤仁;徐晴雯;龍肖靈;曠皓飛
• 申請（專利權）人: 上海科技大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/262
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

1.一種基于正弦曲線擬合的全景視覺羅盤估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、將由全向相機得到的全向圖片轉換為全景圖片；

步驟2、對每一張全景圖片，利用固定大小為L×L的滑動窗口以固定的步長d將其裁剪成一系列的子圖數據集，記為為第i張全景圖片裁剪而成的子圖數據集，為子圖數據集中第n張子圖；

步驟3、通過傅里葉-梅林變換計算出相鄰兩幀全景圖片的對應子圖數據集之間的運動向量集合，計算時，認為相鄰兩幀全景圖片的對應子圖數據集中的子圖一一對應；

步驟4、對運動向量集合中的各運動量進行曲線擬合以進行相機的姿態估算，包括以下步驟：

步驟401、將全向相機的姿態估計問題，建模成正弦曲線擬合的問題，即目標函數式為：

式(3)中，x是需要擬合的數據，y是觀測值，ω為已知參數，A是待估計的幅值，B是待估計的偏移，φ是待估計的相移；

步驟402、將式(3)的目標函數寫作兩個子目標函數，分別為：關于旋轉軸在x-y平面的旋轉向量R_xy的子函數：

和關于旋轉軸為軸的旋轉向量R_z的子函數：

式(4)中，u_j為第j個子圖的中心在原全景圖片中對應的列數；Δv_j、Δθ_j分別是相鄰兩幀全景圖片的對應子圖數據集中的兩個相對應的第j個子圖在v方向上的平移和兩者間的旋轉角度；t_z為全向相機在z軸方向上的平移；為R_xy的旋轉軸與x軸的夾角，為R_xy的旋轉軸與y軸的夾角；γ代表一個像素點對應的視角；λ為未知的平移尺度參數；η為聯合優化權重系數；

式(5)中，t_xy為全向相機在x-y平面上的平移，為t_xy與x軸的夾角；

步驟403、利用式(4)所示的子函數以及式(5)所示的子函數，以及步驟3得到的運動向量集合，估算出兩幀全景圖片之間的三自由度旋轉向量(R_x,R_y,R_z)；

步驟404、獲得兩幀全景圖片之間的三自由度旋轉向量后，根據鏈式法則得到每一幀全景圖片相對于第一幀全景圖片的旋轉角度，即全向相機的相機姿態。

2.如權利要求1所述的一種基于正弦曲線擬合的全景視覺羅盤估計方法，其特征在于，步驟1中，通過笛卡爾坐標與極坐標之間的變換將所述全向圖片變換為所述全景圖片，全向圖片上任意一點(u,v)與全景圖片上對應點(u′,v′)的變換公式如下式(1)及下式(2)所示：

式(1)及式(2)中，W和H分別為全景圖片的寬度和高度，R₁和R₂分別是全向圖片有效信息區域的內徑和外徑。