[发明专利]基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪方法及系统

权利要求书

1.一种基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取模板图像，并根据所述模板图像构建尺度金字塔；

从所述尺度金字塔中每一尺度下的图像中提取第一特征点；

对所述尺度金字塔中每一尺度下的图像进行区域划分，并根据区域信息和区域对应的第一特征点生成关键帧数据结构；

利用摄像机采集屏幕图像；

从所述屏幕图像中提取第二特征点；

估计所述摄像机的位姿，并判断位姿的估计值是否正确；

如果正确，则将关键帧区域边界投影到所述屏幕图像上；

根据关键帧投影到所述屏幕图像上的投影结果选择候选关键帧序列；

根据所述屏幕图像的第二特征点和所述候选关键帧序列的第一特征点进行特征点的匹配；

根据特征点的匹配结果得到单应性矩阵；

根据所述单应性矩阵计算所述摄像机的位姿。

2.根据权利要求1所述的基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪方法，其特征在于，在判断所述位姿的估计值是否正确之后，还包括：

如果所述位姿的估计值不正确，则采用传统方法计算所述摄像机的位姿。

3.根据权利要求1所述的基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪方法，其特征在于，根据以下公式选择候选关键帧序列，其中，所述公式为：

$\mathrm{\σ}=\frac{\frac{s_{\mathrm{int}er}}{s_{kf}}+\frac{s_{\mathrm{int}er}}{s_w}}{2},$

其中，所述σ为所述屏幕图像和关键帧投影图像的重合因子，S_kf是关键帧多边形的面积，S_inter是关键帧投影到所述屏幕图像上与摄像机图像对应矩形相交的多边形的面积，S_w是摄像机图像对应矩形的面积。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪方法，其特征在于，在所述利用摄像机采集屏幕图像之后，还包括：

获取前一帧图像的特征点集；

根据所述前一帧图像的特征点集，利用光流算法求解所述屏幕图像与模板图像匹配的特征点；

根据所述匹配特征点得到单应性矩阵；

根据所述单应性矩阵计算所述摄像机的位姿。

5.一种基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪系统，其特征在于，包括：

尺度金字塔生成模块，用于根据模板图像构建尺度金字塔；

特征点提取模块，用于从所述尺度金字塔中每一尺度下的图像中提取第一特征点，并从屏幕图像中提第二特征点；

关键帧生成模块，用于对所述尺度金字塔中每一尺度下的图像进行区域划分，并根据区域信息和区域对应的第一特征点生成关键帧数据结构；

位姿估计模块，用于估计所述摄像机的位姿，并判断位姿的估计值是否正确；

关键帧投影模块，用于在所述位姿估计模块估计的位姿的估计值正确时，将关键帧投影到所述屏幕图像上；

候选关键帧序列获取模块，用于根据关键帧区域边界投影到所述屏幕图像上的投影结果选择候选关键帧序列；

特征点匹配模块，用于根据所述屏幕图像的第二特征点和所述候选关键帧序列的第一特征点进行特征点的匹配；

位姿计算模块，用于根据特征点的匹配结果得到单应性矩阵，并根据所述单应性矩阵计算所述摄像机的位姿。

6.根据权利要求5所述的基于快速定位图像尺度和区域的三维跟踪系统，其特征在于，所述位姿估计模块还用于：在判断所述位姿的估计值不正确时，采用传统方法计算所述摄像机的位姿。