[发明专利]基于两个灭点和局部物体尺度的全局空间尺度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于两个灭点和局部物体尺度的全局空间尺度测量方法，包括：1)从图像中待估计尺度建筑物上选择两组互相正交的平行线组，计算这两组平行线所构成的两个灭点坐标；2)通过两个灭点坐标和一条已知线段的真实尺度，计算单目图像相机标定的旋转矩阵和平移向量；3)利用旋转矩阵、平移向量以及灭点坐标隐含的焦距信息将像素坐标转化为世界坐标，根据建筑物体各点的世界坐标和拓扑关系，通过欧几里得距离公式计算得到建筑物体的估计尺度。本发明规避了三个灭点相机标定难以找到符合要求的三组互相正交的平行线的问题，对输入的图像限制和所需的几何约束较少，还可以在古建筑园林图像中运用，适用于更多的场景，泛化性高。

技术领域

本发明涉及单目图像建筑物体尺度估计的技术领域，尤其是指一种基于两个灭点和局部物体尺度的全局空间尺度测量方法。

背景技术

恢复单幅或多幅二维图像中建筑物体的三维几何结构即三维重建技术是计算机视觉的基础，也是当前人工智能、虚拟现实等众多前沿领域的研究难点和热点。其中,基于单幅图像的三维重建因避免了多幅图像重建特征匹配的困难,成为三维重建的一个重点研究方向。而单幅图像建筑物体尺度估计又是三维重建中的一个重要工作。对于单幅单目图像建筑物体的尺度估计,可以首先进行单目相机标定，确定相机的内部参数和外部参数,以还原建筑物体在三维世界中的位置与在计算机图像平面上位置的变换。由于单目图像计算的复杂性和其符合透视原理的特性,利用灭点的属性进行相机标定是一个比较理想的方法。基于灭点的相机标定和建模方法的研究开始于20世纪90年代，B.CAPRILE和V.TORRE首次提出来应用灭点进行相机标定的思想，他们首先证明了灭点的三个属性，然后根据这些属性找到了相机内外参数与灭点之间的关系。随后，不少学者提出了用多个灭点进行相机标定的方法，其中应用比较广泛的是三个灭点相机标定法。而这种基于灭点的标定方法有着图像中存在三组两两正交的平行直线的条件，这个条件在实际应用中很难满足，应用范围受到制约。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于两个灭点和局部物体尺度的全局空间尺度测量方法，规避了三个灭点相机标定难以找到符合要求的三组互相正交的平行线的问题，对输入的图像限制和所需的几何约束较少，还可以在古建筑园林图像中运用，适用于更多的场景，泛化性高。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于两个灭点和局部物体尺度的全局空间尺度测量方法，该方法不需要额外的基准目标，只需做出假设：输入的单目图像能够供用户至少选取两组正交的平行线用以计算相应的两个灭点，图像中包含已知真实尺度的参照物体，投影中心是图像中心；其包括以下步骤：

1)从图像上待估计尺度建筑物上选择两组互相正交的平行线组，计算两组平行线所构成的两个灭点坐标；

2)通过两个灭点坐标和一条已知线段的真实尺度，计算单目图像相机标定的旋转矩阵和平移向量；

3)利用旋转矩阵、平移向量以及灭点坐标隐含的焦距信息将像素坐标转化为世界坐标，根据建筑物体各点的世界坐标和拓扑关系，通过欧几里得距离公式计算得到建筑物体的估计尺度。