专利名称：多平面镜反折射成像系统中多视点极线几何测量方法
技术领域：
本发明涉及一种极线几何测量方法，具体涉及一种基于单目摄像机和多平面镜反折射系统中的多视点极线几何测量方法。
背景技术：
极线几何是立体视觉当中的重要内容，当不同位置的多台相机同时拍摄同一场景时，每台相机都会得到该场景的二维图像。在这种情况下，三维场景真实点和不同图像上的像点之间有着很多几何上的约束，这些几何特征即被称为极线几何。极线几何体现了不同图像上点的对应关系，为解决对应点问题提供了很大的帮助，在计算机视觉中有着非常广泛的应用。极线几何是计算机视觉研究领域内非常重要的研究方向，以前的研究中也有着很多的研究成果。在《Multiple View Geometry in Computer Vision》一书中 Richard Hartley和AndrewZisserman对双视点间极线几何有着较为详尽的讨论，但是传统的双视点8点算法需要至少8对对应点方能解得两幅图像间基本矩阵F，进而可以得到一个视点的图像上任意点在另一视点图像上对应关系。在利用平面镜的反折射成像系统内，由于平面镜间多次反射使得系统将处理很多视点的图像，这时使用传统的双视点8点算法逐一计算就非常繁琐并会带来较大误差。对于多视点间的基本矩阵计算，以前的方法大多利用张量分析方法来表示平面镜反折射系统中多视点间的极线几何，但是该方法仍然需要大量的对应计算。
发明内容
本发明的目的在传统的立体视觉中极线几何测量方法的基础上提出一种基于单目摄像机和多平面镜反折射装置中多视点极线几何测量方法，旨在解决传统的极线几何测量方法中多个视点间极线几何测量步骤繁琐和计算困难的问题。本发明提供的技术方案如下—种多平面镜反折射成像系统中多视点极线几何测量方法，所述多平面镜反折射装置由两面平面镜组成，两平面镜镜面相对，俯视成“V”字摆放，其特征在于，所述方法如下 (流程参图1)将测试物体置于两平面镜之间，用摄像机以俯视角度α对该物体拍摄照片，在同一张照片中同时获取不同视点的场景；选取不同视点中的对应点，分几种情况计算这些视点间的极线几何关系(该方法对基于单目摄像机和多平面镜反折射装置中的单幅图像上多视点间基本矩阵测量进行计算)相对镜子经过一次反射的两视点，此时两视点对应点连线相交于极点，直接利用极点坐标得到基本矩阵，如图2中ΑΑ11，ΑΑ21，Α11Α12，Α21Α22直接利用极点张量来计算基本矩阵；两个视点对之间对应相差一个旋转或反射关系，由于基本矩阵相对于射影变换的不变性，基本矩阵相同，如图2中AA22，AA12，A11A21间的基本矩阵是相同的，同样的还有 A22A11和A21A12之间的基本矩阵；-然后利用一般的基本矩阵计算方法计算基本矩阵，得到最终结果。方案1 作为方案1的一种优选实现，其特征在于，所述俯视角度α的取值为 30° 100°。本发明相对于传统极线几何测量方法大大减少了计算规模和次数，提高了多视点间极线几何测量的精度，从而提高了系统的标定、目标的跟踪和立体视觉对应点匹配的准确性和稳定性，相对于传统方法更简单易用、易于推广。
图1为本发明的系统流程图。图2为本发明实施例的装置结构示意图。其中A为真实视点，Aij为经过平面镜Mi 反射j次后的虚拟相机，Mij是在平面镜Mi中经过j次反射后的像；α为两面平面镜之间夹角，h是六与平面镜礼之间夹角，Ci2SA与平面镜礼的夹角，有α1+α2 = α。所要计算的是所有视点中任意两视点间的极线几何对应关系。
具体实施例方式现有技术基本上都是只针对于两幅图像间极线几何的计算问题，本发明是处理单幅图像上多个视点间的极线几何计算问题。参照图2，对于视点AA11 (相同情况有AA21, A11A12, A21A22)，这些视点对中对应点连线相交于极点，基本矩阵可以直接利用极点坐标得到，设基本矩阵为F，极点坐标为e，有F= [e]x即基本矩阵是极点坐标的张量，这样就避免了应用传统的8点算法时需要提取对应点带来的误差，提高了计算的精度，并且极大缩减了计算时间。由于基本矩阵相对于射影变换的不变性，如果视点对AA12之间基本矩阵为F，则视点对AA22, A21A11相对于AA12之相差了一个旋转或镜面反射，则AA22, A21A11间的基本矩阵仍为F。同样道理A12A21，A11A22,在多平面镜的反折射成像系统中，各个视点间的关系恰好为旋转或者镜面反射，从而它们的基本矩阵也是相同的，这样大大减少了计算量，提高了运算精度。采用本方法，相比以前的算法计算上有了很大的简化，在计算图2中各视点间基本矩阵时AA11, AA21, A11A12, A21^2均只需要连接视点对上对应的标志点，这些连线的交点即为极点，直接计算极点坐标的张量即为基本矩阵；AA22, AA12, A11A21间的基本矩阵是相同的， 同样的还有A22A11和A21A12之间的基本矩阵，这样只需计算两次基本矩阵；再计算A22A12间基本矩阵就可完全得到系统内各视点间基本矩阵。这样仅仅需要计算3次基本矩阵，相比以前5个视点需要计算10次基本矩阵有了极大的简化。将得到的基本矩阵和动作捕捉技术结合起来，可以恢复出图像中由于遮挡等情况消失的特征点，从而在很大程度上解决了运动人体自遮挡的问题，利用其中几个点的信息可以估计并恢复出在遮挡位置该点的信息。本发明的提出使运动捕捉变得更加稳定可靠、 简单易用。
权利要求
1.一种多平面镜反折射成像系统中多视点极线几何测量方法，所述多平面镜反折射装置由两面平面镜组成，两平面镜镜面相对，俯视成“V”字摆放，其特征在于，所述方法如下-将测试物体置于两平面镜之间，用摄像机以俯视角度α对该物体拍摄照片，在同一张照片中同时获取不同视点的场景；-选取不同视点中的对应点，分几种情况计算这些视点间的极线几何关系1)相对镜子经过一次反射的两视点，此时两视点对应点连线相交于极点，直接利用极点坐标得到基本矩阵；2)两个视点对之间对应相差一个旋转或反射关系，由于基本矩阵相对于射影变换的不变性，基本矩阵相同；-然后利用一般的基本矩阵计算方法计算基本矩阵，得到最终结果。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述俯视角度α的取值为30° 100° 。
全文摘要
本发明公布了一种多平面镜反折射成像系统中多视点极线几何测量方法。本发明提供的方案为采集图像数据；选取不同视点中的对应点，分几种情况计算这些视点间的极线几何关系相对镜子经过一次反射的两视点，直接利用极点坐标得到基本矩阵；两个视点对之间对应相差一个旋转或反射关系，基本矩阵相同；然后利用一般的基本矩阵计算方法计算基本矩阵，得到最终结果。本发明相对于传统极线几何测量方法大大减少了计算规模和次数，提高了多视点间极线几何测量的精度，从而提高了系统的标定、目标的跟踪和立体视觉对应点匹配的准确性和稳定性，相对于传统方法更简单易用、易于推广。
文档编号G01C11/00GK102261907SQ20111009890
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者任仁, 侯璐璐, 别怀伟, 孔菁, 彭琨, 杨李, 查红彬, 英向华 申请人:北京大学