1.一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟1:紅外熱像儀標(biāo)定;制作針對紅外熱像儀標(biāo)定的棋盤標(biāo)定板,然后將紅外熱像儀固定,采集多張不同位姿的紅外棋盤標(biāo)定板圖像,利用matlab的攝像機(jī)標(biāo)定工具箱計(jì)算出紅外熱像儀的內(nèi)參矩陣;
步驟2:構(gòu)建直接法和稀疏法視覺里程計(jì)模型;通過所述模型刻畫紅外熱像儀的小孔成像模型、紅外熱像儀位姿、紅外熱像儀內(nèi)參、空間點(diǎn)的逆深度以及待優(yōu)化的光度誤差;
步驟3:幀管理;從待處理的連續(xù)紅外圖像序列中產(chǎn)生關(guān)鍵幀,并邊緣化關(guān)鍵幀;
步驟4:對關(guān)鍵幀上的像素進(jìn)行點(diǎn)管理;點(diǎn)管理的目標(biāo)是在優(yōu)化時始終保持固定數(shù)量的激活點(diǎn),在三維空間和激活幀中均勻分布;
步驟5:窗口優(yōu)化;對步驟3所產(chǎn)生的關(guān)鍵幀進(jìn)行滑動窗口優(yōu)化,最小化步驟2中構(gòu)建的直接法和稀疏法視覺里程計(jì)模型的光度誤差,借助高斯-牛頓法迭代求解出紅外熱像儀位姿、紅外熱像儀內(nèi)參、空間點(diǎn)的逆深度,最終得到場景的三維點(diǎn)云。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述步驟1中,針對紅外熱像儀標(biāo)定的棋盤標(biāo)定板由裝滿溫水的導(dǎo)熱熱水箱、硬紙板、能夠隔熱1000度高溫的石棉隔熱板依次連接組成。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述步驟2中,構(gòu)建直接法和稀疏法視覺里程計(jì)模型時,考慮到熱像儀和普通彩色攝像頭成像原理的不同,在實(shí)際運(yùn)行時不考慮鏡頭的光度標(biāo)定模型。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述步驟3中,總是保留最多Nf個關(guān)鍵幀,Nf為正整數(shù),新來的每幀圖像,只和最新的關(guān)鍵幀比較,追蹤紅外熱像儀位姿,之后新來的這幀圖像被用于產(chǎn)生一個新的關(guān)鍵幀或者被丟棄;如果被用于產(chǎn)生新的關(guān)鍵幀,在所有的關(guān)鍵幀進(jìn)行總光度誤差優(yōu)化之后,該關(guān)鍵幀在滿足設(shè)定條件將被邊緣化。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述步驟3具體如下:
步驟3.1:新幀跟蹤;當(dāng)新的關(guān)鍵幀被創(chuàng)建時,所有激活的地圖點(diǎn)投影到該幀上,從而創(chuàng)建半稠密地圖;當(dāng)新幀產(chǎn)生時,僅相對最近關(guān)鍵幀進(jìn)行圖像直接配準(zhǔn),從而完成跟追蹤;
步驟3.2:創(chuàng)建關(guān)鍵幀;以下三種情況會創(chuàng)建新的關(guān)鍵幀:一、在視角變化時,會創(chuàng)建新的關(guān)鍵幀;二、在相機(jī)平移導(dǎo)致遮擋或遮擋去除時,會創(chuàng)建新的關(guān)鍵幀;三、在曝光時間顯著變化時,會創(chuàng)建新的關(guān)鍵幀;
步驟3.3:邊緣化關(guān)鍵幀;假設(shè)I1...In是已被激活的關(guān)鍵幀集合,其中I1是最新的關(guān)鍵幀,In是最舊的關(guān)鍵幀;邊緣化策略是:一、總是保留最新的兩個關(guān)鍵幀I1和I2;二、若某關(guān)鍵幀的少于5%的點(diǎn)在關(guān)鍵幀I1中被觀測到,則邊緣化該關(guān)鍵幀;三、如果激活的關(guān)鍵幀多于設(shè)定的最大個數(shù)Nf,則邊緣化距離分?jǐn)?shù)最大的關(guān)鍵幀,不包括I1和I2。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述步驟4中,點(diǎn)管理包括以下三步:候選點(diǎn)選擇、候選點(diǎn)追蹤、候選點(diǎn)激活。
7.如權(quán)利要求6所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述候選點(diǎn)選擇的策略是:一、在圖像中良好分布;二、相對其周圍的環(huán)境具有較高的圖像梯度。
8.如權(quán)利要求6所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述候選點(diǎn)追蹤的策略是:在后續(xù)幀中沿著候選點(diǎn)的極線進(jìn)行離散化搜索,追蹤候選點(diǎn),從而最小化光度誤差。
9.如權(quán)利要求6所述的一種基于視覺里程計(jì)的單目紅外視頻三維重建方法,其特征在于:所述候選點(diǎn)激活的策略是:在一組舊點(diǎn)被邊緣化之后,需要激活候選點(diǎn)以替換它們;候選點(diǎn)激活的目標(biāo)是保持地圖點(diǎn)在整個圖像中均勻分布;首先將所有激活點(diǎn)投影到最近的關(guān)鍵幀上,然后激活與現(xiàn)有的地圖點(diǎn)距離最大的候選點(diǎn)。