[发明专利]实时目标位姿跟踪方法、装置、计算机设备和存储介质

说明书

本申请涉及一种实时目标位姿跟踪方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：获取待跟踪海上目标的三维模型和初始位姿参数，根据初始位姿参数渲染三维模型得到投影轮廓；以在投影轮廓上均匀采样的二维图像点为圆心构建局部区域，根据目标尺度更新局部区域的半径，得到自适应局部区域模型；根据自适应局部区域模型中像素的像素前景后验概率和像素背景后验概率，构建海上目标的分割能量函数；采用高斯牛顿法迭代求解分割能量函数，当分割能量函数达到最大值时，输出位姿变化量，根据位姿变化量进行序列图像中海上目标的位姿跟踪。采用本方法能够实现对海上目标的实时位姿跟踪。

技术领域

本申请涉及位姿跟踪技术领域，特别是涉及一种实时目标位姿跟踪方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

单目海上目标6D位姿跟踪是视觉飞机降落引导中的核心关键技术之一，许多研究机构对此都开展了相关工作，引导方式主要分为合作模式与非合作模式。基于合作标志的引导方式需要在海上目标的降落平台上额外布设灯阵等标志，对海上目标平台的原有设计会引入修改，且隐蔽性较差，飞机降落时，机载相机光轴与降落平台面之间角度较小，海上目标降落平台区域布置的灯阵在距离较远时，降落平台上布置的合作标志灯在图像中的分布极为密集，位姿解算难度较大。飞机降落是一个由远及近且距离跨度极大的过程，距离跨度高达数公里，非合作模式的飞机降落引导方法需要图像中跑道线或内部结构特征清晰可见，对成像质量要求高，且有效引导距离较短。

根据具体所使用图像信息的不同，现有的基于三维模型的单目位姿跟踪方法包括直接方法、基于特征的方法、基于边缘的方法和基于区域的方法。在直接方法中，连续帧的光度一致性是基础，通过直接图像对准来估计目标的位姿变化，因此，这种方法对动态光、噪声等极为敏感。对于基于特征的位姿跟踪方法来说，需要充分且清晰的纹理来提供鲁棒的特征点或特征线，但当飞机离海上目标距离较远时，机载相机成像中的海上目标较小，此类方法无法适用。基于边缘的方法一般是沿着3D模型的投影边缘采样一组控制点，然后，对每个采样点，沿法线方向进行一维搜索，确定对应关系。通过最小化采样边缘点与其对应点之间的距离来跟踪姿态。基于区域的方法将位姿跟踪与图像分割统一考虑，通过迭代优化姿态参数，使分割能量最大化，估计出目标的姿态，基于区域的方法在处理杂乱背景、动态光照、运动模糊和离焦等干扰时性能表现良好。然而，视觉引导飞机降落过程中，飞机从远端逐渐接近海上目标目标，受视距变化影响，机载成像中的海上目标在整个过程中尺度变化较大，传统方法难以适应，易出现跟踪失败的情况，无法满足应用需求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实时目标位姿跟踪方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种实时目标位姿跟踪方法，所述方法包括：

获取待跟踪海上目标的三维模型和初始位姿参数，根据所述初始位姿参数渲染所述三维模型得到投影轮廓；

以在所述投影轮廓上均匀采样的二维图像点为圆心构建局部区域，根据目标尺度更新所述局部区域的半径，得到自适应局部区域模型；所述目标尺度包括所述投影轮廓的最小外接矩形尺度；

根据所述自适应局部区域模型中局部区域的局部前景统计信息和局部背景统计信息，得到局部区域内每一像素的像素前景后验概率和像素背景后验概率，根据所述自适应局部区域模型中像素的像素前景后验概率和像素背景后验概率，构建海上目标的分割能量函数；

采用高斯牛顿法迭代求解所述分割能量函数，当所述分割能量函数达到最大值时，输出位姿变化量，根据所述位姿变化量进行序列图像中海上目标的位姿跟踪。

在其中一个实施例中，还包括：根据所述初始位姿参数将所述海上目标在三维模型对应的世界坐标系中的位置变换为在相机坐标系中的位置；根据预标定的摄像机内参数对应的内参数矩阵以及所述海上目标在相机坐标系中的位置，得到三维模型顶点到二维图像点的透视投影；根据所述透视投影，得到三维模型对应二维图像中目标的投影掩膜；根据所述二维图像中每一二维投影点与所述投影掩膜中轮廓点的欧式距离，得到符号距离函数为：