[發(fā)明專利]基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110783440.9
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113658264B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發(fā)明（設計）人: 熊赟暉;林祖軒;李桂清;冼楚華;彭長歆;張智敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/50;G06F17/11
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.基于距離信息的單幅圖像相機焦距估計方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)從單幅圖像當中人工標記距離信息，其中包括N個標記點和標記點之間的至少N+1段物理距離；

2)根據(jù)簡化針孔相機模型，使用距離信息建立非線性方程組，再利用單目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化法將非線性方程組轉(zhuǎn)化為基于歸一化距離的優(yōu)化問題；

3)使用多隨機初始化點的L-BFGS-B優(yōu)化算法求解基于歸一化距離的優(yōu)化問題，得到初步的相機焦距估計值，包括以下步驟：

2.1)根據(jù)簡化針孔相機模型，使用距離信息建立非線性方程組；簡化針孔相機模型為：

zm＝AM

式中，z為標記點m的深度，M是標記點m對應的相機坐標系下的三維點，A是圖像對應的相機內(nèi)參矩陣：

式中，f為圖像對應的相機焦距，是待求解的；w和h為圖像的寬度和高度，是能夠從圖像上直接獲取的；根據(jù)簡化針孔相機模型，標記點對應的相機坐標系下的三維點能夠通過M＝A^-1zm求得；根據(jù)標記點所對應的相機坐標系下的三維點M_i和M_j之間的物理距離d_ij的定義：

d_ij＝||M_i-M_j||,1≤i＜j≤N

建立非線性方程組：

d_ij＝||A^-1(z_im_i-z_jm_j)||,1≤i＜j≤N

式中，z_i為第i個標記點的深度值；待求解量為焦距f和標記點的深度值的集合Z＝{z_i}＝{z_i|i＝1,2,...,N}，已知量為d_ij和m_i；

2.2)利用單目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化法將非線性方程組轉(zhuǎn)化為基于歸一化距離的優(yōu)化問題，其中單目標優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化法是指將非線性方程組改寫為各方程左右兩項差的平方和的單目標優(yōu)化問題；基于歸一化距離的優(yōu)化問題是指將優(yōu)化問題中的每一項都除以對應的距離d_ij，進行歸一化得到的優(yōu)化問題；基于歸一化距離的優(yōu)化問題最終表示為：

式中，arg?min是指求解使得右邊求和式取得最小值的參數(shù)值，其中待求解的參數(shù)值包括相機內(nèi)參矩陣A和標記點的深度值的集合{z_i}，D_ij是標記點之間的物理距離的指示函數(shù)，其定義為：

ε是一個微小的量，用于增加問題求解的穩(wěn)定性；

4)使用深度擾動技術(shù)增強初步的相機焦距估計值的穩(wěn)定性，得到最終的相機焦距估計值；其中，深度擾動技術(shù)是指在距離信息提供的監(jiān)督信息不足時所采用的一種減少相機焦距估計誤差的緩和技術(shù)，包括以下步驟：

4.1)通過優(yōu)化得到的深度值判斷距離信息是否提供了足夠的監(jiān)督信息，定義過濾指標r(Z)為：

式中，max(Z)是指求集合Z的最大值，min(Z)是指求集合Z的最小值，Z為標記點m_i的深度值z_i的集合；引入新的距離：

式中，k是在1～N當中隨機選取的值，是在相機坐標系下的三維點M_k基礎上加上Z軸擾動得到的新的相機坐標系下的三維點；

這里η是一個閾值，λ是一個經(jīng)驗值；

4.2)應用深度擾動后得到新的距離，再次進行步驟3)優(yōu)化求解基于歸一化距離的優(yōu)化問題，得到最終的相機焦距估計值。