基于單目圖像序列的直線(xiàn)光流場(chǎng)重建剛體運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu).pdf

1、本文主要研究基于直線(xiàn)光流場(chǎng)從單目圖像序列中重建帶直線(xiàn)特征的剛體的三維運(yùn)動(dòng)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(xiàn)表示法，該方法以聚類(lèi)的方式將空間直線(xiàn)用四個(gè)參數(shù)表示。根據(jù)此表示法，將二維直線(xiàn)的兩個(gè)參數(shù)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)定義成直線(xiàn)光流場(chǎng)。在透視投影模型下，推導(dǎo)出在3D空間中運(yùn)動(dòng)的剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)與其投影圖像上二維直線(xiàn)的光流場(chǎng)之間的關(guān)系，并用直線(xiàn)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(xiàn)的

2、直線(xiàn)光流，通過(guò)解這個(gè)線(xiàn)性方程組重建帶直線(xiàn)特征的三維剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、平移運(yùn)動(dòng)參數(shù)和空間直線(xiàn)結(jié)構(gòu)。該模型具有所需直線(xiàn)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(xiàn)光流場(chǎng)與剛體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)直線(xiàn)的關(guān)系，建立了基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的直線(xiàn)跟蹤模型，能在長(zhǎng)序列圖像中實(shí)時(shí)穩(wěn)定地跟蹤圖像中的直線(xiàn)。基于直線(xiàn)光流方程，本文建立了自適應(yīng)線(xiàn)性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的剛體運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。該方法將直線(xiàn)光流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出，經(jīng)過(guò)對(duì)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(dòng)參數(shù)，進(jìn)一步求出剛體的平移運(yùn)動(dòng)參數(shù)和空間直線(xiàn)坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了三維重建。 本文提出了基于直線(xiàn)光流場(chǎng)的重建剛體運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的遺傳算法。該算法將運(yùn)動(dòng)參數(shù)作為遺傳算法的個(gè)體，將光流場(chǎng)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(dòng)參數(shù)值。在線(xiàn)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(xiàn)就可以重建剛體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、平移運(yùn)動(dòng)和相對(duì)深度信息。多個(gè)仿真圖像和