一種基于射影不變量的直線匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于射影不變量的直線匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像特征匹配是計(jì)算機(jī)視覺里中的一個(gè)重要研究方向，直線特征是一類重要的圖 像特征，在常見的生活場(chǎng)景中十分豐富，如建筑圖像等。因此在目標(biāo)定位、導(dǎo)航、=維重建等 諸多領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用。
[0003] 目前的直線匹配方法主要有基于幾何交點(diǎn)信息等方式，共面直線交點(diǎn)在視角變化 前后可W保持與物體的相對(duì)位置關(guān)系穩(wěn)定，可W通過一定方法進(jìn)行匹配。而非共面直線交 點(diǎn)在視角變化前后位置難W確定，因此如何處理非共面直線的匹配問題一直是直線匹配技 術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)。
[0004] 清華學(xué)的中國發(fā)明專利，申請(qǐng)?zhí)?01110169453.3，"基于幾何關(guān)系的直線匹配方法 及系統(tǒng)"，該直線匹配方將從兩幅圖像檢測(cè)到的直線分別求取交點(diǎn)，然后進(jìn)行投影變換并利 用交點(diǎn)信息生成直線的匹配特征進(jìn)行直線匹配。此法依賴直線交點(diǎn)，對(duì)非共面直線處理效 果欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要解決現(xiàn)有直線匹配方法中對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中存在的大量非共面直線匹配 效果不理想的問題，提出一種基于射影不變量的直線匹配方法，W精確地匹配位于不同平 面上直線。
[0006] 本發(fā)明提供了一種基于射影不變量的直線匹配方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1、采集兩幅圖像，分別標(biāo)記為參考圖像和待匹配圖像；
[000引步驟2、對(duì)參考圖像和待匹配圖像進(jìn)行直線檢測(cè)，得到參考圖像的直線集L= {ai， 曰2,…，an}和待匹配圖像的直線集l/={bl，b2,…，bm};并進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，得到特征點(diǎn)匹配 點(diǎn)集C= {(pi，qi)，i = l，2,…，k}，其中，（pi，qi)表示參考圖像和待匹配圖像中--對(duì)應(yīng)的 匹配點(diǎn)；
[0009] 步驟3、分別獲得參考圖像和待匹配圖像中每條直線的梯度方向，并將梯度方向所 指向的一側(cè)標(biāo)記為直線右側(cè)，另一側(cè)標(biāo)記為直線左側(cè)；
[0010] 步驟4、使用直線交點(diǎn)和梯度重新定位參考圖像和待匹配圖像中直線的端點(diǎn)；
[0011] 步驟5、進(jìn)行參考圖像和待匹配圖像中的特征點(diǎn)分簇，對(duì)每條直線得到位于其兩側(cè) 的局部點(diǎn)集，所述局部點(diǎn)集包括:參考圖像中位于直線附近且位于直線右側(cè)的點(diǎn)集和位于 直線左側(cè)的點(diǎn)集，待匹配圖像中位于直線附近且位于直線右側(cè)的點(diǎn)集和位于直線左側(cè)的點(diǎn) 集；
[0012] 步驟6、利用直線上兩點(diǎn)和直線附近=點(diǎn)構(gòu)成的五點(diǎn)射影不變量，確定參考圖像和 待匹配圖像中對(duì)應(yīng)局部點(diǎn)集的相似度;并根據(jù)局部點(diǎn)集的相似度確定參考圖像和待匹配圖 像的參考點(diǎn)集對(duì)；
[0013] 步驟7、根據(jù)參考點(diǎn)集對(duì)及其相似度，進(jìn)行直線匹配。
[0014] 進(jìn)一步的，步驟3中分別獲得參考圖像和待匹配圖像中每條直線的梯度方向，包括 W下過程：
[0015] 獲得直線上每個(gè)點(diǎn)的梯度方向和大小并取其矢量和的方向作為直線梯度方向。
[0016] 進(jìn)一步的，步驟5中，進(jìn)行參考圖像和待匹配圖像中的特征點(diǎn)分簇，包括W下過程：
[0017] 如果特征點(diǎn)與直線的距離小于a倍直線長(zhǎng)度并且與該直線的垂直平分線的距離小 于e倍直線長(zhǎng)度，則該特征點(diǎn)位于該直線附近；
[0018] 在參考圖像中，對(duì)于任意直線a,確定位于直線附近且位于直線右側(cè)的點(diǎn)集為 王戶&；^和位于直線左側(cè)的點(diǎn)集為王/^。^;在待匹配圖像中，對(duì)于任意直線13，確定位于直線 右側(cè)的點(diǎn)集為和位于直線左側(cè)的點(diǎn)集為L(zhǎng)戶S 胃。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟6中，確定參考圖像和待匹配圖像中對(duì)應(yīng)局部點(diǎn)集的相似度，并根 據(jù)局部點(diǎn)集的相似度確定參考圖像和待匹配圖像的參考點(diǎn)集對(duì)，包括W下子步驟：
[0020] 步驟6-1、對(duì)于參考圖像和待匹配圖像中任意一對(duì)直線a和b，獲得參考圖像中點(diǎn)集 Zi巧f和待匹配圖像中點(diǎn)集的相似度，W及參考圖像中點(diǎn)集心巧f和待匹配圖像 中點(diǎn)集的相似度，其中，點(diǎn)集相似度的計(jì)算使用直線上兩點(diǎn)和直線附近S點(diǎn)構(gòu)成的 五點(diǎn)射影不變量，并根據(jù)對(duì)應(yīng)點(diǎn)計(jì)算得到的射影不變量差別大小來描述局部點(diǎn)集的相似度 大??；
[0021] 步驟6-2、按照步驟6-1的方法，獲得參考圖像和待匹配圖像中所有對(duì)應(yīng)直線的局 部點(diǎn)集相似度；
[0022] 步驟6-3、將兩幅圖像中相似度互為最高的局部點(diǎn)集，形成參考點(diǎn)集對(duì)。
[0023] 進(jìn)一步的，步驟7中，根據(jù)參考點(diǎn)集對(duì)及其相似度，進(jìn)行直線匹配，包括W下子步 驟：
[0024] 步驟7-1、建立n*m大小的全零矩陣S，其中n和m分別表示參考圖像和待匹配圖像中 的直線數(shù)目；
[0025] 步驟7-2、在步驟6中獲得的所有參考點(diǎn)集對(duì)中，取出一組參考點(diǎn)集對(duì)，并利用該參 考點(diǎn)集對(duì)中的點(diǎn)對(duì)，計(jì)算出單應(yīng)矩陣H;
[0026] 步驟7-3、利用單應(yīng)矩陣H查找參考圖像和待匹配圖像中的所有的重疊直線；
[0027] 步驟7-4、根據(jù)參考圖像和待匹配圖像的重疊直線，更新矩陣S對(duì)應(yīng)元素；
[00%]步驟7-5、重復(fù)步驟7-2至7-4,直至所有參考點(diǎn)集對(duì)全部計(jì)算完畢，得到更新后的 矩陣S;
[0029] 步驟7-6、根據(jù)更新后的矩陣S中的值確定匹配直線。
[0030] 進(jìn)一步的，步驟7-3中，利用單應(yīng)矩陣H查找參考圖像和待匹配圖像的重疊直線，包 括W下過程：
[0031] 將參考圖像中所有直線使用H投影到帶匹配圖像中，并將待匹配圖像中所有直線 使用H-I投影到參考圖像中；
[0032] 如果在參考圖像中一條直線a和待匹配圖像中直線b的投影直線方向和距離滿足 約束條件，同時(shí)待匹配圖像中直線b和直線a的投影直線方向和距離滿足約束條件，則直線a 和b為重疊直線。
[0033] 本發(fā)明提供的一種基于射影不變量的直線匹配方法，通過直線附近特征點(diǎn)計(jì)算射 影不變量，而不是使用直線的交點(diǎn)進(jìn)行匹配，提高對(duì)于非共面直線處理的魯棒性，此外使用 局部點(diǎn)集計(jì)算單應(yīng)矩陣，通過單應(yīng)矩陣尋找從而提高實(shí)際場(chǎng)景并非簡(jiǎn)單單一平面時(shí)，直線 匹配的精確性和可靠性。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明基于射影不變量的直線匹配方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0035] 圖2為射影不變量中S角形特征數(shù)構(gòu)造示意圖；
[0036] 圖3為射影不變量中五點(diǎn)特征數(shù)構(gòu)造示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 為使本發(fā)明解決的技術(shù)問題、采用的技術(shù)方案和達(dá)到的技術(shù)效果更加清楚，下面 結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？蒞理解的是，此處所描述的具體實(shí)施 例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖 中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部?jī)?nèi)容。
[0038] 圖1為本發(fā)明基于射影不變量的直線匹配方法的實(shí)現(xiàn)流程圖。如圖1所示，本發(fā)明 實(shí)施例提供的基于射影不變量的直線匹配方法，包括W下步驟：
[0039] 步驟1、采集兩幅圖像，分別標(biāo)記為參考圖像和待匹配圖像。
[0040] 本發(fā)明通常通過攝像機(jī)拍攝手段來采集圖像，采集的圖像通常為在不同視角下針 對(duì)同一目標(biāo)所拍攝的圖像，目標(biāo)應(yīng)包含有單個(gè)或多個(gè)平面，并擁有豐富的直線特征，如建筑 圖像等。
[0041] 步驟2、對(duì)參考圖像和待匹配圖像進(jìn)行直線檢測(cè)，得到參考圖像的直線集L= {ai， 曰2,…，an}和待匹配圖像的直線集l/={bl，b2,…，bm};并進(jìn)行特征點(diǎn)匹配，得到特征點(diǎn)匹配 點(diǎn)集C={(pi，qi)，i = l，2，...，k}。
[0042] 其中，（pi，qi)表示參考圖像和待匹配圖像中一一對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)。本實(shí)施例中，特征 點(diǎn)匹配采用一一對(duì)應(yīng)的結(jié)果，沒有匹配的特征點(diǎn)會(huì)被刪除。例如，可W利用LSD(Line Segment Detector,直線段檢測(cè)器）等方法對(duì)參考圖像和待匹配圖像進(jìn)行直線檢測(cè)，利用 SIFT(Seale-invariant fea1:ure transfor