1 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，甘肃 兰州 730070
2 轨道交通信息与控制国家级虚拟仿真实验教学中心，甘肃 兰州 730070
3 兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070
针对增量运动恢复结构（SFM）算法在重建大规模无人机影像数据集时效率低、易产生场景漂移的问题，提出一种可并行化处理的增量SFM重建算法。首先，利用词汇树图像检索结果约束图像特征匹配的空间搜索范围，提高图像特征匹配的效率。其次，综合考虑特征匹配数量和无人机平台获取的全球定位系统（GPS）信息构建无向加权场景图，并选用归一化割算法将场景图划分为多个相互重叠的子集。然后，将每个子集分布在多核CPU上并行执行增量SFM重建算法。最后，基于子集间公共重建点和强相关子集优先被合并的策略实现子集合并。此外，结合GPS信息为光束法平差（BA）代价函数添加位置约束项，有效消除每次执行BA优化引入的误差。为了验证所提算法的有效性，在3个无人机数据集上进行实验，实验结果表明，所提算法相比原始增量SFM重建算法不仅显著提高了位姿估计和场景重建的效率，而且合理优化了重建结果的精度。
增量运动恢复结构 光束法平差 词汇树图像检索 归一化割 场景合并 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811002
西安理工大学机械与精密仪器工程学院，陕西 西安 710048
精确高效获得可移动文物的三维数字档案及外形参数对于可移动文物的保护与研究有重要意义。在多视图几何三维重建中，针对匹配点占比对重建精度与效率的影响展开研究，得出匹配点占比约为50%时可实现精确高效重建，该结论可有效指导基于多视图几何三维重建的图像序列的采集。针对重建产生的噪声，在HSV颜色特征空间中滤除点云噪声，利用基于标准差阈值的检测算法去除离群点，有效提高了三维重建的精度和视觉效果。在三维重建后，采用有向包围盒算法计算可移动文物外形参数，采用基于点云疏密程度的加权主成分分析法（PCA）计算包围盒的主方向。采用所提方法测量的仿元代瓷制花瓶，外形参数的重复性标准差小于0.15 mm，最大测量误差小于0.25 mm，高于可移动文物保护与研究中对外形参数的测量要求。
测量 运动恢复结构 精确高效三维重建 点云去噪 有向包围盒 激光与光电子学进展
2022, 59(12): 1212001
哈尔滨理工大学自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
针对室内小场景下图像采集位置受限、弱纹理物体重建效果不佳的问题,提出了一种只需用手机采集图像的三维重建算法。首先,用一种主动选择式图像匹配策略减少原始运动恢复结构算法中图像两两匹配的次数。然后,将尺度不变特征变换(SIFT)算法改进为Harris-SIFT算法,以提升算法的实时性;通过全卷积神经网络获得预测深度并与多视图立体匹配算法进行融合,以获得更多的稠密点云。最后,用泊松表面重建算法完成物体的重建。实验结果表明,本算法不仅能有效恢复室内场景下的物体细节特征,对弱纹理物体表面的重建效果也较好。相比原始算法,本算法所用的时间减少了21.07%。
图像处理 三维重建 图像匹配 运动恢复结构 深度预测 激光与光电子学进展
2021, 58(8): 0810017
1 海军航空大学, 山东 烟台 264001
2 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
3 国防科技大学计算机学院, 湖南 长沙 410073
聚焦型光场相机在运动恢复结构(SFM)和场景重建等领域中的作用日益显现。但是传统SFM算法因聚焦型光场相机具有特殊的结构而难以直接应用。针对这一问题,提出一种完整的聚焦型光场相机等效多目相机模型。在此基础上,利用传统多目相机的SFM算法,给出了适用于聚焦型光场相机的位姿估计算法示例和点云三角化算法示例。最后,通过仿真实验和真实场景重建实验验证了本文等效多目相机模型和SFM算法的正确性,进而表明聚焦型光场相机的SFM问题可以等价为多目相机的SFM问题。
机器视觉 聚焦型光场相机 多目相机模型 运动恢复结构 场景重建 位姿估计 三角化
1 南开大学 人工智能学院, 天津 300350
2 南开大学 机器人与信息自动化研究所, 天津 300350
三维多孔结构是内窥镜在医疗外科手术和工业检查领域常见的一种场景, 然而内窥镜成像分辨率低, 其应用场景纹理特征弱、噪声大, 这导致应用传统的从运动中恢复结构(SFM)算法进行多孔结构的三维重建和定位难度大, 可行性低。为此, 本文提出了一种面向低分辨率单目内窥镜图像序列的三维多孔结构重建方法。首先将基于加权引导滤波的图像增强算法应用于内窥镜图像纹理细节的提升; 接着利用快速行进(FMM)算法去除漂浮杂质; 然后提出了一种检测离群点对的方法用于优化特征点匹配结果, 通过SFM计算获得稀疏点云; 最后针对本文研究的多孔结构, 提出了一种基于模板匹配和最小二乘拟合的孔洞三维结构提取方法。实验结果表明: 多孔球面上的重建结果中孔间距和孔直径的相对误差均小于10%, 真实肾结石手术场景上的重建与实际相符, 验证了本文整体算法流程的有效性、准确性和可行性。
三维重建 内窥镜 单目视觉 多孔结构 图像增强 离群点检测 运动恢复结构 3D reconstruction endoscope monocular vision porous structure image enhancement outlier detection structure from motion
红外与激光工程
2020, 49(7): 20190492
红外与激光工程
2020, 49(6): 20200078
1 北京邮电大学 信息光子学与光通信研究院，北京 100876
2 北京信息科技大学 光电测试技术北京市重点实验室，北京 100192
为了克服传统机器人手眼标定方法求解手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系对标定参照物的依赖，提出一种基于二阶锥规划的无标定参照物手眼标定改进方法，并搭建相关实验系统进行验证。首先，利用运动恢复结构算法解算定义在一个尺度因子基础上的相机运动矩阵; 然后，引入对偶四元数理论参数化标定方程中的旋转矩阵和平移向量; 最后，通过二阶锥规划方法同时求解相机运动矩阵尺度因子、手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系的最优解。仿真和实测结果表明，在没有标定参照物作为测量基准的情况下，标定结果中旋转参数相对误差为3.998%，平移参数相对误差为0.117%。与其他标定方法相比，该方法提高了无标定参照物模式下机器人手眼标定精度，扩展了手眼标定方法的应用范围。
机器人 标定参照物 手眼标定 二阶锥规划 运动恢复结构 robot calibration reference hand-eye calibration second-order cone programming structure-from-motion 光学 精密工程
2018, 26(10): 2536
河北农业大学机电工程学院, 河北 保定 071001
目前常见的多角度融合三维重构算法主要包括迭代最近点(ICP)算法与运动恢复结构(SFM)算法。针对两种算法的不足, 结合双目相机特点, 提出一种将ICP与SFM相结合的双目立体视觉多角度融合三维重构算法。首先, 采用SFM算法通过双目相机在目标周围拍摄n组图像对, 在每组双目图像对中手动选取目标的初始匹配特征点, 计算其三维坐标, 生成n组三维点云; 接着, 通过ICP算法计算并优化n组三维点云之间的旋转矩阵与平移向量完成融合, 通过Delaunay三角剖分与纹理映射恢复出目标的立体几何形状。实验结果表明：本文算法根据双目相机特点, 集合了ICP算法与SFM算法的优点, 并最大限度地克服了两种算法的不足, 重构效果良好。
机器视觉 双目立体视觉 多角度融合 迭代最近点 运动恢复结构 激光与光电子学进展
2018, 55(9): 091503
针对大型工件难以进行全尺寸测量的问题，提出一种基于运动恢复结构的便携式空间点定位方法。首先使用具有身份唯一性的编码点粘贴在被测物体表面，实现各视图对应点的稳定匹配；接着为避免不同坐标系下位姿转换引起的累积误差，选定统一的坐标系，提出基于重心约束的基准定位算法；在此基础上，进一步确定相机运动参数的稳健性估计；最后利用多视图几何限制重建标志点的三维坐标，并用光束法平差对三维重建结果和相机内外参数进行全局优化。实验结果表明，该方法可实现大型工件的高精度测量，三维测量精度最大误差为0.133 mm，平均误差为0.031 mm，可满足工业现场对大型工件测量精度的要求。
机器视觉 三维重建 运动恢复结构 重心约束 编码点 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 081502
