[发明专利]基于智能优化算法的直线光流场三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线光流场三维重建方法，尤其涉及一种基于智能优化算 法的直线光流场三维重建方法。

背景技术

现实世界是三维的，长久以来由于受到科学技术发展水平的限制，我们 所能够得到并能对之进行有效处理及分析的绝大多数是二维数据，使得大量的 物体的三维信息丢失。随着计算机技术的发展，人们对信息的获取已经从传统 的二维平面图像，转向了三维立体图像。近年来，基于光流场的三维重建方法 得到快速发展，但传统的方法存在两个致命问题：一是基于象素点光流场重建 三维运动和结构，不仅抽象层次低，而且计算效率差，尤其不能解决场景遮挡 边界处的重建问题；二是三维重建的方法的计算精度不高，鲁棒性很差，经常 得不到正确的结果。因此基于智能优化算法的直线光流场三维重建方法得到了 很多关注。

将智能优化算法和直线光流场三维重建方法结合起来，完成场景的三维 重建是一种有效的技术手段。本方法能快速实现场景中有直线轮廓物体的三维 重建和运动目标分割；能有效解决三维重建算法的鲁棒性问题；能有效解决场 景遮挡边界处的重建问题；能有效提高三维重建的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于智能优化算法的直线光流场三维重建方 法。

本发明是这样来实现的，其特征是重建方法为：使用一个固定摄像机拍摄 场景中物体至少连续三帧的图像，形成图像序列，提取场景中物体的直线轮廓， 以直线作为特征；在透视投影模型下，推导出在3D空间中运动刚体的直线轮 廓运动参数与其投影图像上二维直线的光流场之间的关系，并用直线光流方程 组表达了这种关系，建立三维重建算法的物理模型和数学模型；利用BP神经 网络、线性神经网络、遗传算法、蚁群算法或最小粒子群算法优化算法求解上 述建立的直线光流场方程组，上述优化算法均采用递归迭代方法，根据上述优 化算法各自的特点设计输入、输出和中间层，优化三维刚体运动和结构参数， 采用C++语言或Matlab语言编写算法的软件，在计算机上实现上述算法，分析 比较算法的优点和特点，并用仿真实验和真实实验验证算法的有效性和计算效 率，从而实现了基于智能优化算法的直线光流场三维重建系统。

本发明的优点是：能快速实现场景中有直线轮廓物体的三维重建和运动 目标分割；能有效解决三维重建算法的鲁棒性问题；能有效解决场景遮挡边界 处的重建问题；能有效提高三维重建的精度。

附图说明

图1为本发明的机械零件模型及边缘检测图像。

图2为本发明的机械零件底座直线重建图。

具体实施方式

将机械零件放在可以旋转和平移的平台上，给定以很小的旋转和平移量在 水平空间运动，以单目摄像机获取零件运动的三帧图像。图1为边缘检测结果。 实验环境设定空间坐标系Y轴与水平面垂直，帧间角度旋转3°，帧间位移沿Z 轴2毫米，摄像机焦距f＝300，拍摄的视频格式采用国际标准NTSC制式，即每 秒30帧，图像分辨率采用800×600。由初始设定的旋转角度，平移量，可以算 出机械零件的旋转参数约为ω₁＝ω₃＝0，ω₂＝0.0522弧度/帧，沿Z轴平移速度约 为t₃＝6像素/帧。

对机械零件底座结构进行直线的提取和匹配，跟踪匹配得到6条直线。可 计算得到直线的光流数据如表所列。

表1机械零件底座直线光流数据

建立如下所示的基于直线光流场三维重建的数学模型。