估计多视点摄像机姿态的两步法

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1、第１６卷第１０期光学精密工程Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．１０２００８年１０月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＯｃｔ．２００８文章编号１００４９２４Ｘ（２００８）１０１９８２０６估计多视点摄像机姿态的两步法向长波１，２，谢丹３，刘太辉１，２，宋建中１（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；２．中国科学院研究生院，北京１０００３９；３．湖南师范大学工学院，湖南长沙４１００８１）摘要：提出了一种估计多个视点位置上摄像机姿态的新算法，即两步估计法。该方法采用两幅图像的特征匹配点重建出物体的局部模型，以局部模型作为世界坐标系的中心，利用模型的三维特征点

2、与图像特征点的对应关系，求解出每个视点位置上的摄像机姿态。模拟数据与真实图像的实验结果表明，在特征点定位误差＜１ｐｉｘｅｌ的情况下，摄像机的平均方位误差＜０．５°，平均位置误差＜０．１ｃｍ，模型重投影误差＜１ｐｉｘｅｌ。关键词：摄像机；姿态估计；两步法；三维重建；三维测量中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ犃狋狑狅狊狋犲狆犪犾犵狅狉犻狋犺犿犳狅狉犲狊狋犻犿犪狋犻狀犵狆狅狊狋狌狉犲狊狅犳犮犪犿犲狉犪狊犾狅犮犪狋犲犱犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆狅犻狀狋狊狅犳狏犻犲狑１，２，ＸＩＥＤａｎ３，ＬＩＵＴａｉｈｕｉ１，２，ＳＯＮＧＪｉａｎｚｈｏｎｇ１ＸＩＡＮＧＣｈａｎｇｂｏ（１．犆犺犪狀犵犮犺狌狀犐

3、狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犗狆狋犻犮狊，犉犻狀犲犕犲犮犺犪狀犻犮狊犪狀犱犘犺狔狊犻犮狊，犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犆犺犪狀犵犮犺狌狀１３００３３，犆犺犻狀犪；２．犌狉犪犱狌犪狋犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犅犲犻犼犻狀犵１０００３９，犆犺犻狀犪；３．犆狅犾犾犲犵犲狅犳犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犎狌狀犪狀犖狅狉犿犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犆犺犪狀犵狊犺犪４１００８１，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｔｗｏｓｔｅｐａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｐｏｓｔｕｒｅｓｏｆｃａｍｅｒａｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｉ

4、ｎｔｓｏｆｖｉｅｗｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｌｏｃａｌ３Ｄｍｏｄｅｌｏｆａｎｏｂｊｅｃｔｉｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｉｔｈｍａｔｃｈｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｎｔｗｏｉｍａｇｅｓ．Ｔｈｅｎ，ｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｌｏｃａｌ３Ｄｍｏｄｅｌｓａｓｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｗｏｒｌｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｐｏｓｔｕｒｅｏｆｅｖｅｒｙｃａｍｅｒａｉｓｅｓｔｉｍａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ３Ｄｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓａｎｄｔｈｅｉｍａｇｅｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｓｏｆａｏｂｊｅｃｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔ

5、ｓｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃｄａｔａａｎｄｒｅａｌｉｍａｇｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ，ａｖｅｒａｇｅｌｏｃａｔｉｏｎｅｒｒｏｒａｎｄｔｈｅｒｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｃａｍｅｒａａｒｅｌｅｓｓｔｈａｎ０．５°，０．１ｃｍａｎｄ１ｐｉｘｅｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｒｏｒｆｏｒｆｅａｔｕｒｅｐｏｉｎｔｉｎｌｅｓｓｔｈａｎ１．０ｐｉｘｅｌ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｃａｍｅｒａ；ｐｏｓｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｔｗｏｓｔｅｐｍｅｔｈｏｄ；３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏ

6、ｎ；３Ｄｍｅａｓｕｒｉｎｇ收稿日期：２００８０１０２；修订日期：２００８０３２１．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６０３７２０６２）第１０期向长波，等：估计多视点摄像机姿态的两步法１９８３影矩阵犘［犐｜０］。第二个摄像机相对于第一１＝犓１引言个摄像机的旋转矩阵和平移矢量可以通过两幅图像的本质矩阵来求解。采用一台或多台摄像机从多个角度拍摄物设两幅图像上的匹配点为（狓，狓′），则本质矩［８］体，然后利用获得的图像进行物体的三维建模与阵的方程定义为：非接触测量是一个集计算机视觉、数字摄影测量、＾狓′Ｔ犈＾狓＝０，（２）式中，＾狓＝犓－１逆向工程技术为一体的重要研究方向，在国内外狓

7、是图像点狓在归一化坐标下的表［１４］示。容易看出，采用８对图像匹配点可以线性求已经引起了广泛重视。［８］利用多幅图像进行物体的三维建模与测量，出本质矩阵犈。可以证明，犚、狋和犈之间存在首先需要解决每个视点位置上摄像机的姿态估计犈＝［狋］狓犚的关系。因此，一旦本质矩阵已知，通问题。所谓摄像机的姿态，是指摄像机与被摄物过把犈分解成反称矩阵犜＝［狋］狓和旋转矩阵犚的［９１０］体之间的相对旋转和平移关系，它的精确