基于單目圖像序列的直線光流場重建剛體運(yùn)動和結(jié)構(gòu).pdf

1、本文主要研究基于直線光流場從單目圖像序列中重建帶直線特征的剛體的三維運(yùn)動和結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論和方法。 本文提出了一種適合于中心投影模型的直線表示法，該方法以聚類的方式將空間直線用四個(gè)參數(shù)表示。根據(jù)此表示法，將二維直線的兩個(gè)參數(shù)對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)定義成直線光流場。在透視投影模型下，推導(dǎo)出在3D空間中運(yùn)動的剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)與其投影圖像上二維直線的光流場之間的關(guān)系，并用直線光流方程組表達(dá)了這種關(guān)系。利用單目圖像序列中連續(xù)三幀圖像中的兩條直線的

2、直線光流，通過解這個(gè)線性方程組重建帶直線特征的三維剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)、平移運(yùn)動參數(shù)和空間直線結(jié)構(gòu)。該模型具有所需直線數(shù)目少、求解算法多、容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。 根據(jù)已建立的直線光流場與剛體的運(yùn)動參數(shù)直線的關(guān)系，建立了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的直線跟蹤模型，能在長序列圖像中實(shí)時(shí)穩(wěn)定地跟蹤圖像中的直線。基于直線光流方程，本文建立了自適應(yīng)線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的剛體運(yùn)動和結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。該方法將直線光流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出，經(jīng)過對網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練后，網(wǎng)絡(luò)

3、的權(quán)值和偏差能近似作為待求剛體旋轉(zhuǎn)參數(shù)。根據(jù)求出的剛體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動參數(shù)，進(jìn)一步求出剛體的平移運(yùn)動參數(shù)和空間直線坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了三維重建。 本文提出了基于直線光流場的重建剛體運(yùn)動和結(jié)構(gòu)的遺傳算法。該算法將運(yùn)動參數(shù)作為遺傳算法的個(gè)體，將光流場方程作為適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行遺傳進(jìn)化，將最后的優(yōu)良個(gè)體作為待求運(yùn)動參數(shù)值。在線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法中，只要能夠穩(wěn)定獲取和跟蹤至少兩條圖像直線就可以重建剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、平移運(yùn)動和相對深度信息。多個(gè)仿真圖像和