【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及三維視覺(jué)，尤其涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量系統(tǒng)及方法。
技術(shù)介紹
1、在三維視覺(jué)領(lǐng)域中，準(zhǔn)確估計(jì)攝像機(jī)位姿并從圖像集生成場(chǎng)景點(diǎn)云是基礎(chǔ)性任務(wù)，在自動(dòng)駕駛、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、和神經(jīng)輻射場(chǎng)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。一般而言，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法作為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的一種常見(jiàn)且有效的方法脫穎而出。
2、攝像機(jī)位姿估計(jì)的主要方法是增量式的，盡管增量式方法在精度和對(duì)抗異常值的穩(wěn)健性方面表現(xiàn)出色，但它們對(duì)圖像注冊(cè)順序的變化較為敏感，可能導(dǎo)致誤差積累和漂移。此外，重復(fù)的非線性捆綁調(diào)整顯著影響效率，使其不適用于大規(guī)模場(chǎng)景。為解決增量式方法中的這些問(wèn)題，全局式方法被提出，通過(guò)從攝像機(jī)的相對(duì)位姿估計(jì)其全局旋轉(zhuǎn)和平移以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有攝像機(jī)進(jìn)行注冊(cè)。隨后，對(duì)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)進(jìn)行三角測(cè)量和優(yōu)化。由于僅需一次的捆綁調(diào)整優(yōu)化，從而顯著提高了效率，并實(shí)現(xiàn)了所有相機(jī)間均勻的誤差分布。
3、然而，由于相對(duì)平移估計(jì)對(duì)低視差特征匹配敏感，并且存在尺度不確定性問(wèn)題，這使得全局平移估計(jì)比全局旋轉(zhuǎn)估計(jì)更為困難。僅依賴相對(duì)平移的方法局限于注冊(cè)在平行剛性圖中的攝像機(jī)，并在攝像機(jī)經(jīng)歷共線運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到退化問(wèn)題。即使攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡幾乎共線，相對(duì)平移中的輕微擾動(dòng)也可能導(dǎo)致估計(jì)攝像機(jī)位置發(fā)生顯著變化，使得僅使用相對(duì)平移無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的估計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量系統(tǒng)及方法，可以提高低視差場(chǎng)景中的估計(jì)準(zhǔn)確性與魯棒性。
2、本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：
3、一種基于
4、其中，所述三維測(cè)量中臺(tái)分別與所述軌跡圖構(gòu)建模塊、所述平移約束構(gòu)建模塊、所述約束函數(shù)構(gòu)建模塊和所述三維測(cè)量模塊連接，用于對(duì)各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理；
5、所述軌跡圖構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建預(yù)設(shè)三維場(chǎng)景下的軌跡圖；所述軌跡圖中包括相機(jī)節(jié)點(diǎn)、三維點(diǎn)、相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的邊以及所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)之間的邊；
6、所述平移約束構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的目標(biāo)相對(duì)平移的第一約束，以及，構(gòu)建所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)的目標(biāo)特征軌跡的第二約束；
7、所述約束函數(shù)構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)，以及，構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)；
8、所述三維測(cè)量模塊，用于以最小化所述第一約束與所述第二約束的約束誤差總和為目標(biāo)，求解所述第一目標(biāo)函數(shù)與所述第二目標(biāo)函數(shù)，得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)平移與所述三維點(diǎn)的位置。
9、本專利技術(shù)還提供了一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，包括：
10、構(gòu)建預(yù)設(shè)三維場(chǎng)景下的軌跡圖；所述軌跡圖中包括相機(jī)節(jié)點(diǎn)、三維點(diǎn)、相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的邊以及所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)之間的邊；
11、構(gòu)建所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的目標(biāo)相對(duì)平移的第一約束，以及，構(gòu)建所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)的目標(biāo)特征軌跡的第二約束；
12、構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)，以及，構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)；
13、以最小化所述第一約束與所述第二約束的約束誤差總和為目標(biāo)，求解所述第一目標(biāo)函數(shù)與所述第二目標(biāo)函數(shù)，得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)平移與所述三維點(diǎn)的位置。
14、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述方法還包括：
15、篩選出特征匹配的第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)；
16、確定所述第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的極線平面的法向量，并基于所述第一目標(biāo)三維點(diǎn)與所述第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的視差角確定所述法向量對(duì)應(yīng)的權(quán)重；
17、基于所述法向量與所述法向量對(duì)應(yīng)的權(quán)重，通過(guò)迭代重加權(quán)最小二乘法得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的目標(biāo)相對(duì)平移；
18、其中，相機(jī)的全局姿態(tài)ri,ti描述了攝像機(jī)i在全局坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣ri和平移向量ti，全局姿態(tài)rj,tj描述了攝像機(jī)j在全局坐標(biāo)系中的旋轉(zhuǎn)矩陣rj和平移向量tj，相對(duì)姿態(tài)rij,tij描述了攝像機(jī)i相對(duì)于攝像機(jī)j的旋轉(zhuǎn)矩陣rij和平移向量tij；相機(jī)的全局姿態(tài)ri,ti和相對(duì)姿態(tài)rij,tij滿足以下方程：
19、
20、其中，為旋轉(zhuǎn)矩陣ri的偏置矩陣，為旋轉(zhuǎn)矩陣rj的偏置矩陣，vij表示全局坐標(biāo)系中的相對(duì)平移。
21、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述篩選出特征匹配的第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)，包括：
22、篩選出特征匹配的第一三維點(diǎn)與第一相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)；
23、確定各特征匹配的第一三維點(diǎn)與第一相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的視差角；
24、基于所述視差角，從所述特征匹配的第一三維點(diǎn)與第一相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)中篩選出特征匹配的第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)。
25、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)，包括：
26、基于所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)的目標(biāo)相對(duì)平移，以及，所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)中的兩個(gè)相機(jī)節(jié)點(diǎn)之間的位置差的叉積，構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)。
27、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)，包括：
28、基于所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)的目標(biāo)特征軌跡，以及，所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)之間的位置差的叉積，構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)。
29、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)的目標(biāo)特征軌跡是通過(guò)以下方式得到的：
30、篩選出特征匹配的第二目標(biāo)三維點(diǎn)與第二目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)；
31、基于查集算法構(gòu)建出所述第二目標(biāo)三維點(diǎn)與第二目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的特征軌跡；
32、基于所述第二目標(biāo)三維點(diǎn)與第二目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的特征軌跡的最大視角差，對(duì)所有的所述特征軌跡進(jìn)行降序排序；
33、按順序從所有的所述特征軌跡中篩選出符合第一要求的目標(biāo)特征軌跡，直至每個(gè)所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)被所有的所述目標(biāo)特征軌跡覆蓋次數(shù)達(dá)到第二要求。
34、根據(jù)本專利技術(shù)提供的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，所述求解所述第一目標(biāo)函數(shù)與所述第二目標(biāo)函數(shù)，得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)平移與所述三維點(diǎn)的位置，包括：
35、將所述第一目標(biāo)函數(shù)與所述第二目標(biāo)函數(shù)在l1范數(shù)下進(jìn)行優(yōu)化，得到第一優(yōu)化結(jié)果；
36、通過(guò)使用基于角度的第三目標(biāo)函數(shù)，對(duì)所述第一優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)平移與所述三維點(diǎn)的位置。
37、本專利技術(shù)還提供一種電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)軟件程序；處理器，用于讀取并執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)軟件程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法。
38、本專利技術(shù)還提供一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)軟件程序，所述計(jì)算機(jī)軟件程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一種所述基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法。
39、本專利技術(shù)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括三維測(cè)量中臺(tái)、軌跡圖構(gòu)建模塊、平移約束構(gòu)建模塊、約束函數(shù)構(gòu)建模塊和三維測(cè)量模塊；
2.一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述篩選出特征匹配的第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)與所述三維點(diǎn)的目標(biāo)特征軌跡是通過(guò)以下方式得到的：
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述求解所述第一目標(biāo)函數(shù)與所述第二目標(biāo)函數(shù)，得到所述相機(jī)節(jié)點(diǎn)的相對(duì)平移與所述三維點(diǎn)的位
9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求2至8任一項(xiàng)所述基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法。
10.一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求2至8任一項(xiàng)所述基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括三維測(cè)量中臺(tái)、軌跡圖構(gòu)建模塊、平移約束構(gòu)建模塊、約束函數(shù)構(gòu)建模塊和三維測(cè)量模塊；
2.一種基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述方法還包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述篩選出特征匹配的第一目標(biāo)三維點(diǎn)與第一目標(biāo)相機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述構(gòu)建所述第一約束對(duì)應(yīng)的第一目標(biāo)函數(shù)，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺(jué)的三維測(cè)量方法，其特征在于，所述構(gòu)建所述第二約束對(duì)應(yīng)的第二目標(biāo)函數(shù)，包括：
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李金東，宋曉輝，張鵬飛，金貝貝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：河南省科學(xué)院物理研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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