[发明专利]一种基于随机三角形纹理的四维重构的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体是涉及一种基于随机三角形纹理的四维重构的方法。

技术背景

近些年来，在医学领域、力学领域、动画制作、游戏以及一些其他的虚拟现实领域，对于动态变形表面的精确的、生动的模拟与可视化的需求越来越迫切。例如在动画或者游戏领域，需要获取旗帜、窗帘等生动而精确的动态过程模型，在力学领域，需要研究薄膜材料的动态物力特性，这些应用都需要获取动态物体的四维数据。这是计算机视觉中的一个难题，目前比较实用的方法就是通过摄像机拍摄动态物体的运动过程，然后通过图像处理的手段，来获取四维数据。

近些年来，也有一些学者提出了一些方法，主要包括两类：一类是无标记的方法，另一类是有标记的方法。无标记的方法（[1]M.Salzmann,R.Hartley,and P.Fua.Convex optimization for deformable surface3-d tracking.In Proceedings of IEEE International Conference on Computer Vision,Rio deJaneiro,Brazil,2007.，[2]F.Huguet and F.Devernay.A variational method for scene flow estimation from stereo sequences.In Proc.Intl.Conf.on Computer Vision,Rio de Janeiro,Brasil,Oct.2007.IEEE.[3]Y.Furukawa and J.Ponce.dense3D motion capture for human faces.In IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition,2009.CVPR2009,pages1674–1681,2009.）不需要在物体表面印纹理，而是使用自然纹理，使用起来比较方便。但是这种方法往往都是通过优化进行的，计算复杂度高，并且在处理比较长的视频时会有较大的累积误差，精度不够，所以在进行精确测量时，这类方法并不实用。

有标记的方法（[4]S.Park and J.Hodgins.Capturing and animating skin deformation in human motion.ACM Transactions on Graphics(TOG),25(3):889,2006.[5]R.White,A.obay,and D.Forsyth.Cloth capture.In ACM SIGGRAPH2005Sketches,page37.ACM,2005.）需要在物体表面印上特殊的纹理，然后根据算法进行匹配和追踪这些特殊的纹理，从而获得物体的四维数据，这种方法虽然使用起来有点麻烦，但是不会产生累积误差，并且精度也会很高，非常的稳定。目前的有标记方法中，一类主要的方法就是在物体表面印彩色编码的纹理，然后根据彩色编码进行左右匹配和前后帧的追踪。但是这种彩色纹理容易受到光照和相机性能的影响，产生颜色失真，这使得在图像匹配时，产生一定的难度，并且不够准确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种鲁棒的，没有累积误差的动态表面四维重构方法。

为达到上述目的的，本发明的技术方案是：一种基于随机三角形纹理的四维重构的方法，包含以下步骤：

步骤1：生成随机的三角形纹理；

步骤2：在图像上检测三角形；

步骤3：匹配第一帧中的三角形，并对其三维重构；

步骤4：计算局部三角形拓扑；

步骤5：在图像序列中追踪三角形；

步骤6：基于局部拓扑结构检测错误与恢复。

其中，步骤1所述的生成随机的三角形纹理，包含以下步骤：

首先在图像上生成若干可控的随机点；

然后将生成的随机点进行三角化，根据三角化的结果在黑图像上使用白色画三角形的边；

最后将三角形图像转印到物体的表面上。

步骤2所述的在图像上检测三角形，包含以下步骤：

首先根据自适应的图像二值化方法，将图像进行二值化，生成二值图像；

接着在二值图像上检测三角形连通区域，根据连通区域计算三角形的重心；