基于线性规划的变形体三维跟踪方法

摘要

一种图像处理技术领域的基于线性规划的变形体三维跟踪方法，包括：标定摄像机；获取基于三维三角片网格的变形体模型；变形图像采集；取三维三角片网格边方位不变约束；将变形体点对应约束和网格约束合并为线性跟踪规划序列，将初始跟踪值通过迭代法重建获得当前帧中变形体的跟踪结果，并回到第三步进行下一帧跟踪。本发明能够在每一帧图像中获得变形后的检测对象的三维空间结构，从而达到在动态画面中对形状变化的检测对象进行三维跟踪的目的，特别适合视频监控、医学图像处理。

主权项

一种基于线性规划的变形体三维跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、标定摄像机：将一块黑白棋盘格平板置于摄像机前，并由摄像机采集若干幅网格图像，对采集得到的网格图像对摄像机进行标定，得到摄像机参数，摄像机参数存储为摄像机投影矩阵；第二步、获取基于三维三角片网格的变形体模型：采集一幅变形体初始图像，根据摄像机参数和变形体初始图像中待测物表面纹理特征建立变形体模型；第三步、变形图像采集：动态采集一帧当前时刻的变形图像，提取当前帧变形图像中的变形图像特征点并进行匹配处理，获得变形体点对应约束；第四步、获取三维三角片网格边方位不变约束：约束三维三角片网格的每一条边的方位在连续两帧间保持其方位不变，将此约束描述为一个线性约束序列作为网格约束；第五步、将变形体点对应约束和网格约束合并为线性跟踪规划序列，将初始跟踪值通过迭代法重建获得当前帧中变形体的三维结构，并回到第三步进行下一帧跟踪；所述的匹配处理是指：将变形图像特征点与存储的三角片网格模型参数采用梯度值和灰度直方图与模型特征点进行匹配，对于匹配成功的特征点，使用摄像机投影矩阵将模型上的三维特征点投影到当前帧图像上，由于图像噪声的影响，投影点与二维图像特征点不完全重合，通过使用无穷大误差范数，将投影点与二维图像特征点间的重投影误差表示为一组线性约束作为变形体线性约束；所述的线性跟踪规划序列是指：将变形体点对应约束的约束方程和网格约束的约束方程合并为线性跟踪规划序列；所述的迭代法重建是指：以初始跟踪值为初值，迭代求解线性跟踪规划序列，获得当前时刻变形体的三维空间结构，当迭代无解时则放弃当前约束中的特征点，并重新计算下一个特征点直至有解，最后输出当前帧中变形体的三维结构；所述的初始跟踪值是指：上一帧中所得变形体的三维空间结构。