專(zhuān)利名稱(chēng)：基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的方法，具體是一種基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法。
背景技術(shù)：
相機(jī)成像過(guò)程是將物體從三維空間投影到二維圖像的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中物體沿相機(jī)光軸方向的幾何信息受到損失，信息損失給目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤帶來(lái)了很大的困難。傳統(tǒng)的基于三維重建的方法可以從圖像恢復(fù)物體的三維信息，但是面臨著算法復(fù)雜、實(shí)時(shí)性差、 易受噪聲干擾、不夠精確等缺點(diǎn)。三維幾何不變量是對(duì)物體三維幾何結(jié)構(gòu)的高度抽象與概括，描述了物體三維幾何結(jié)構(gòu)的本質(zhì)特征，不受成像角度、相機(jī)位置、光照變化等因素的影響，具有高度的穩(wěn)定性和可靠性。因此研究直接由圖像獲得目標(biāo)三維幾何不變量的方法，對(duì)物體識(shí)別、目標(biāo)跟蹤等計(jì)算機(jī)視覺(jué)高級(jí)應(yīng)用具有重大的意義。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有已公開(kāi)發(fā)表文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Quan L.在IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 1995 年第 1 期 34—46 頁(yè)發(fā)表的論文 Invariants of Six Points and Projective Reconstruction from Three Uncalibrated Images中，提出了根據(jù)多幀圖像信息、不經(jīng)過(guò)三維重建過(guò)程、直接計(jì)算幾何結(jié)構(gòu)三維幾何不變量的方法。該方法針對(duì)由三維空間中處于一般位置的6個(gè)點(diǎn)(滿(mǎn)足任意4點(diǎn)不共面的條件)組成的特定幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)3幀圖像中點(diǎn)的位置和匹配關(guān)系，計(jì)算其具有的三維幾何不變量，實(shí)現(xiàn)了圖像目標(biāo)三維幾何不變量的快速計(jì)算，對(duì)后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別等應(yīng)用具有重要的影響。但是該方法出于便于推導(dǎo)和理解的考慮，使用了非齊次坐標(biāo)的表達(dá)形式，而非齊次坐標(biāo)對(duì)圖像噪聲非常敏感、測(cè)量誤差大，不變量計(jì)算精度受到影響。Weiss I.等在IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence 2001 年2期116-128頁(yè)發(fā)表的論文Model-based Recognition of 3D Objects from Single Images 中，提出了根據(jù)單幀圖像信息、不經(jīng)過(guò)三維重建過(guò)程、直接計(jì)算幾何結(jié)構(gòu)三維幾何不變量的方法。該方法針對(duì)三維空間中6個(gè)處于一般位置的點(diǎn)(滿(mǎn)足任意4點(diǎn)不共面的條件)組成的特定幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)單幀圖像中點(diǎn)的位置計(jì)算其具有的三維幾何不變量，實(shí)現(xiàn)了齊次坐標(biāo)下圖像目標(biāo)三維幾何不變量的快速計(jì)算，對(duì)后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別等應(yīng)用具有重要的影響。但是該方法的推導(dǎo)過(guò)程僅針對(duì)特定幾何結(jié)構(gòu)有效，對(duì)一般結(jié)構(gòu)而言缺乏借鑒意義，并且獲得三維幾何不變量不夠全面，根據(jù)該方法僅可計(jì)算6個(gè)三維幾何不變量中的3個(gè)。目前還沒(méi)有理想方法能避免三維重建、直接由圖像信息計(jì)算一般幾何結(jié)構(gòu)的三維不變量，并且對(duì)圖像噪聲具有良好魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，針對(duì)由點(diǎn)特征組成的任意幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)其在多幀圖像中的位置信息和匹配關(guān)系，快速計(jì)算幾何結(jié)構(gòu)的三維幾何不變量，該方法可以避免三維重建過(guò)程，直接獲得目標(biāo)的三維特征，具有算法復(fù)雜度低、簡(jiǎn)單快速、對(duì)圖像噪聲魯棒性好、計(jì)算精度高等特點(diǎn)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下具體步驟步驟一，建立由點(diǎn)特征組成，并且點(diǎn)特征的數(shù)量大于等于6的幾何結(jié)構(gòu)，得到關(guān)于該幾何結(jié)構(gòu)的多幀圖像并確定不同圖像中幾何特征的匹配關(guān)系。所述的幾何結(jié)構(gòu)具有三維射影不變量且該不變量可由圖像獲得。所述的點(diǎn)特征中，當(dāng)由四個(gè)以上點(diǎn)時(shí)，不存在四點(diǎn)位于同一平面。所述的幾何特征的匹配關(guān)系是指任意圖像中的任一一個(gè)點(diǎn)特征與其他圖像中該點(diǎn)的位置唯一對(duì)應(yīng)。步驟二，確定幾何結(jié)構(gòu)具有的三維射影不變量數(shù)量和具體表示形式。所述的確定三維射影不變量數(shù)量是指
權(quán)利要求
1.一種基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征在于，包括如下具體步驟步驟一，建立由點(diǎn)特征組成，并且點(diǎn)特征的數(shù)量大于等于6的幾何結(jié)構(gòu)，得到關(guān)于該幾何結(jié)構(gòu)的多幀圖像并確定不同圖像中幾何特征的匹配關(guān)系；步驟二，確定幾何結(jié)構(gòu)具有的三維射影不變量數(shù)量和具體表示形式； 步驟三，建立物體的圖像信息與物體的三維特征之間的聯(lián)系，具體步驟為使用相機(jī)的投射投影成像模型，建立三維空間特征與其二維圖像中的投影之間的關(guān)系，根據(jù)投射投影成像模型，三維空間中一點(diǎn)P與其在二維圖像中的投影點(diǎn)P之間的關(guān)系為λ · ρ = M · P， 其中λ為尺度因子，P表示三維幾何結(jié)構(gòu)中的點(diǎn)特征，ρ表示點(diǎn)P在二維圖像中的映射，M 為表征三維物體與其二維投影間關(guān)系的投射投影模型； 步驟四，根據(jù)圖像獲取物體的三維特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是， 所述的幾何結(jié)構(gòu)具有三維射影不變量且該不變量可由圖像獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是， 所述的點(diǎn)特征中，當(dāng)由四個(gè)以上點(diǎn)時(shí)，不存在四點(diǎn)位于同一平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是， 所述的幾何特征的匹配關(guān)系是指任意圖像中的任一一個(gè)點(diǎn)特征與其他圖像中該點(diǎn)的位置唯一對(duì)應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是， 所述的確定三維射影不變量數(shù)量是指I = 3m-15，其中1表示不變量的數(shù)量，m表示幾何結(jié)構(gòu)中點(diǎn)特征的數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是，所述的三維射影不變量是指
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，其特征是， 所述的步驟四具體是指根據(jù)步驟三獲得的圖像信息與三維特征之間的聯(lián)系，消去不可測(cè)尺度因子，得到關(guān)于圖像信息與三維射影不變量關(guān)系的等式，根據(jù)圖像信息從等式中獲得物體的三維射影不變量。
全文摘要
一種數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的基于圖像的物體三維幾何不變量快速獲取方法，針對(duì)由點(diǎn)特征組成的任意幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)其在多幀圖像中的位置信息和匹配關(guān)系，快速計(jì)算幾何結(jié)構(gòu)的三維幾何不變量，該方法可以避免三維重建過(guò)程，直接獲得目標(biāo)的三維特征，具有算法復(fù)雜度低、簡(jiǎn)單快速、對(duì)圖像噪聲魯棒性好、計(jì)算精度高等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06T17/00GK102157017SQ201110107870
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者李建勛, 陳瀟 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)