基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法及系统技术方案

技术编号:14577458 阅读:113 留言:0更新日期:2017-02-07 20:16
一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法及系统,使用三维SIFT算法实现对原始图像进行三维SIFT特征点的提取,然后通过计算候选模型与目标模型之间欧氏距离实现三维SIFT特征点的粗匹配;再对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay三角剖分,利用剖分形成的空间几何约束,对候选模型和目标模型三维SIFT特征点进行细匹配,在粒子滤波目标跟踪框架下实现对目标进行跟踪。本发明专利技术利用三维SIFT特征点的拓扑结构相似性进行匹配可以很好的去除不匹配点,特征点匹配精度更高,跟踪效果更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种图像处理和立体视觉跟踪领域的技术,具体是一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法及系统
技术介绍
视觉目标跟踪是计算机视觉领域的一个重要研究方向,它结合了计算机图像处理、视频图像处理、模式识别、人工智能以及机械控制等诸多相关领域的知识,被广泛应用于智能监控、目标识别、交通监视等方面。传统的运动目标跟踪大多为基于单目视觉的方法。目前,单目视觉目标跟踪算法已经比较成熟,在很多领域和方面都取得了不错的发展。然而单目视觉也存在很大缺陷,单目视觉信息量小,图像在投影过程中丢失了实际场景的三维信息,不能充分利用跟踪目标的立体结构信息,因此有着不可弥补的缺陷。在采用基于单目视觉的方法进行运动目标跟踪时,常常存在着目标遮挡以及周围场景光线变化和阴影的干扰等问题。立体视觉可以求取景物的三维信息,运用场景的三维信息跟踪目标,可以有效地解决场景光线变化和阴影的干扰以及遮挡等单目视觉中难以解决的问题。近年来,随着三维技术的发展和进步,三维模型的获取变得越来越便捷,立体视觉跟踪算法研究也得到了发展。立体视觉弥补了单目视觉对目标信息获取不充分的缺点,可以充分利用目标的空间结构信息以及位置信息。基于RGB-D的目标跟踪最近很受欢迎,它同时利用了颜色信息和深度信息。比如RGB-DHOG,它从RGB图像和深度图像同时计算方向梯度直方图。RGB-DHOG特征描述了局部颜色纹理以及三维形状。然而,它并没有充分利用目标的空间结构信息,对变形严重的目标跟踪不稳定。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足,提出一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法及系统,采用三维SIFT特征点来描述目标特征,并采用三维Delaunay三角剖分构建目标特征三维空间约束。因为三维空间特征点信息比二维空间更加充分,因而利用三维SIFT特征点的拓扑结构相似性进行匹配可以很好的去除不匹配点,特征点匹配精度更高,从而跟踪效果更好。本专利技术是通过以下技术方案实现的:本专利技术涉及一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法,使用三维SIFT算法实现对原始图像进行三维SIFT特征点的提取,然后通过计算候选模型与目标模型之间欧氏距离实现三维SIFT特征点的粗匹配;再对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay三角剖分,利用剖分形成的空间几何约束,对候选模型和目标模型三维SIFT特征点进行细匹配,在粒子滤波目标跟踪框架下实现对目标进行跟踪。本专利技术具体包括如下步骤:步骤A,从原始图像的第一帧开始,进行三维SIFT特征点的提取:SIFT(Scale-InvariantFeatureTransform)是一种检测局部特征的算法,对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性,对视角变化、仿射变换、噪声也有一定程度的稳定性。这里把二维空间的SIFT特征提取扩展到三维空间,应用于三维点云的特征提取,具体步骤如下:步骤A1:检测由DOG空间的局部极值点组成的关键点:为了寻找DOG函数的极值点,每个样点需要与它的邻近点比较,当该点的DOG算子值为邻域内的极值,即DOG函数的极值点,则将该点定义为关键点。步骤A2:生成关键点的三维SIFT特征向量:以关键点邻域内的梯度方向分布特性,用直方图统计邻域像素的梯度方向,生成三维SIFT特征向量。步骤B,对候选模型和目标模型提取的三维SIFT特征点进行粗匹配。当目标包含N1个三维SIFT特征点,用P表示目标模型,有其中:pi表示目标模型的一个三维SIFT特征点。再当第t帧时,候选目标模型有N2个三维SIFT特征点,用Q表示,有其中:qi是候选模型的一个三维SIFT特征点。对任意特征点pi,且pi∈P,计算与Q中所有特征点的最短欧氏距离和次短欧氏距离,当最短欧氏距离和次短欧氏距离的比值小于某个阈值,则表示特征点pi在Q中存在匹配的特征点。步骤C,对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay三角剖分,建立目标的三维表观模型:当粗匹配后匹配点数为N,点集PS和QS分别代表粗匹配后的特征点psi和qsi构成的目标模型和候选模型,即对点集PS,QS进行三维Delaunay三角剖分。用表示空间拓扑结构相似性,表示点psi的邻接点,表示点qsi的邻接点;psi=Σpsj∈Npsi,j≠iwij1psj,qsi=Σqsj∈Nqsi,j≠iwij2qsj,]]>其中:表示点psi的邻域的权重系数向量,Wqsi={wij2|qsj∈Nqsi,j≠i本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法,其特征在于,使用三维SIFT算法实现对原始图像进行三维SIFT特征点的提取,然后通过计算候选模型与目标模型之间欧氏距离实现三维SIFT特征点的粗匹配;再对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay三角剖分,利用剖分形成的空间几何约束,对候选模型和目标模型三维SIFT特征点进行细匹配,在粒子滤波目标跟踪框架下实现对目标进行跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维Delaunay三角剖分的立体视觉跟踪方法,其特征在于,使用三维SIFT
算法实现对原始图像进行三维SIFT特征点的提取,然后通过计算候选模型与目标模型之间
欧氏距离实现三维SIFT特征点的粗匹配;再对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay
三角剖分,利用剖分形成的空间几何约束,对候选模型和目标模型三维SIFT特征点进行细
匹配,在粒子滤波目标跟踪框架下实现对目标进行跟踪。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是,具体包括如下步骤:
步骤A,从原始图像的第一帧开始,进行三维SIFT特征点的提取;
步骤B,对候选模型和目标模型提取的三维SIFT特征点进行粗匹配;
步骤C,对匹配后的三维SIFT特征点进行三维Delaunay三角剖分,建立目标的三维表观
模型;
步骤D,经过细匹配后,利用目标模型和候选模型间匹配特征点的个数描述模型间的相
似度,通过相似度来描述粒子滤波跟踪框架中的观察模型实现跟踪。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征是,所述的步骤A包括:
步骤A1:检测由DOG空间的局部极值点组成的关键点:将每个样点需要与它的邻近点比
较,当该点的DOG算子值为邻域内的极值,即DOG函数的极值点,则将该点定义为关键点;
步骤A2:生成关键点的三维SIFT特征向量:以关键点邻域内的梯度方向分布特性,用直
方图统计邻域像素的梯度方向,生成三维SIFT特征向量。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征是,所述的步骤B具体是指:当目标包含N1个三维
SIFT特征点,用P表示目标模型,有其中:pi表示目标模型的一个三维SIFT特征
点;再当第t帧时,候选目标模型有N2个三维SIFT特征点,用Q表示,有其中:qi是候选模型的一个三维SIFT特征点;
对任意特征点pi,且pi∈P,计算与Q中所有特征点的最短欧氏距离和次短欧氏距离,当
最短欧氏距离和次短欧氏距离的比...

【专利技术属性】
技术研发人员:李建勋刘国栋
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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