关于P5P问题的研究

PnP问题是计算机视觉、摄影测量学乃至数学领域的一个经典问题.系统地研究了P5P问题,用代数方法证明了下述结论:当5个控制点中任意3点不共线时,P5P问题最多有两个解,并且解的上限可以达到.同时给出了有惟一解和有两个解的代数条件以及求解P5P问题的具体算法.在物体定位、机器人导航等领域具有比较重要的应用价值.     

基于 GPU 和 Kinect 的快速物体重建

便宜的物体快速三维建模技术是当前计算机视觉领域重要的研究课题.给出了一种基于Kinect传感器的快速物体重建方法,以及基于该方法的一种图形处理器 (Graphic processing unit, GPU)原型系统实现.本文方法主要分为两步: 1)系统的初始标定; 2)全自动的物体重建.对于系统初始标定,提出了一种简单易用的粗标定方法;对于物体重建,提出一种全自动的快速物体重建方法.本文方法鲁棒性高,在出现点云配准错误时仍然能够稳定地得到较理想的重建模型.针对环闭合(Loop-closure)问题,提出了一种全局的点云配准方法.对几类物体的重建实验结果表明,本文方法方便实用,且能得到较好的重建效果.此外,本文还探索了有遮挡物体的重建问题.将本文方法应用于有遮挡物体的重建,也取得了较好的重建效果.     

基于条件数的摄像机自标定方法的鲁棒性分析

对基于绝对二次曲线和基于绝对二次曲面的两类摄像机自标定方法的鲁棒性进行了分析,并从矩阵条件数出发,通过大量仿真实验对两类方法进行了定量比较．实验结果表明, 基于绝对二次曲线的摄像机自标定方法的系数矩阵的条件数一般小于基于绝对二次曲面方法的系数矩阵的条件数．另外,当常数因子有误差时,基于绝对二次曲面方法的系数矩阵条件数的变化一般比基于绝对二次曲线方法系数矩阵条件数的变化更剧烈．上述二点表明,基于绝对二次曲线的自标定方法的鲁棒性一般要优于基于绝对二次曲面的自标定方法．上述结论与文献中的一些实验观察正好相佐．     

一种新的基于Kruppa方程的摄像机自标定方法

主要针对传统的基于Kruppa方程的摄像机自标定算法的欠鲁棒性提出了一种新的二步式标定方法．在新标定方法中，首先利用传统的LM优化算法或遗传算法求解出Kruppa方程中通常需要被消去的比例因子，然后再利用线性方法完成对摄像机的标定．大量的仿真和真实图像实验表明，该方法可以大大提高基于Kruppa方程标定算法的鲁棒性及标定精度．     

一种基于4对图像对应点的欧氏重建方法

摄像机自标定算法通常是非线性的，为了得到线性的方法，提出了一种在RANSAC框架下由4对图像对应点线性标定摄像机并对场景进行鲁棒性欧氏重建的方法。当摄像机作两组平移运动时，若在两组平移运动之间摄像机具有不同的姿态，则从4对图像对应点可以线性地重建场景的欧氏几何。模拟实验和真实图像实验均证明了本文方法的可行性。     

两种3维重建方法的比较

对基于本质矩阵和基于绝对二次曲面的两种重建方法进行了比较研究,仿真实验和真实图像实验结果表明,尽管基于绝对二次曲面的重建方法比较抽象,很多人对这种方法不太熟悉,但是该方法无论是在重建精度还是鲁棒性方面都优于基于本质矩阵的重建方法,这一发现对实际应用有非常重要的指导作用.     

基于两条平行线段的摄像机标定

提出了一种基于空间平行线段的摄像机标定算法和理论. 1)当两条平行线段的比值已知时: a)该平行线段的$n$幅图像可提供关于摄像机内参数的2(n-1)个二次约束方程; b)如果图像极点同时也是已知的,则该平行线段的n幅图像可提供关于摄像机内参数的5n-6个约束方程,其中3(n-1)个为二次约束,n-2个为三次约束,n-1个为四次约束. 2)当两条平行线段的比值未知时,则该平行线段的n幅图像可提供关于摄像机内参数的2n-3个约束方程,其中n-2个为四次约束, n-1个为六次约束.在理论分析的基础上,本文给出了摄像机标定的具体算法.模拟实验和真实图像实验均证明了本文方法的可行性.另外,鉴于在很多真实场景中均存在平行线段,因此本文所得到的结果不仅具有理论意义而且也有一定的实用价值.     

非线性模型下的摄像机自标定

摄像机标定是从二维图像获取三维信息必不可少的步骤，线性（小孔）模型摄像机自标定，目前已成为计算机视觉领域的研究热点之一，对于非线性模型下摄像机的自标定，目前还未见到相关的研究报道，用于线性模型一般不能准确地描述真实像机的几何成像关系，因此对非线性模型摄像机自标定的研究具有十分重要的实际意义，该文主要探索非线性模型摄像机的自标定方法，基本原理是将非线性模型视为线性模型和畸变项的叠加，然后利用线性模型的基本矩阵或单应矩阵，给出非线性模型参数的约束方程，从而实现非线性模型摄像机的自标定，模拟和真实图像实验均表明该文所给的方法是可行的，具有一定的实用价值。     

由二次曲线确定摄像机方位的线性算法

该文研究了通过间二次曲线与图像二次曲线的对应关系来线性确定摄像机方位的方法，并从理论上证明了下述结论，给定三给对应的二次曲线，如果三条空间二次曲线相互处于一般位置，则摄像机的方位可线性地唯一确性。模拟实验表明，本文所给的算法与点对应，线对应的定位方法相比，有较好的鲁棒性。     

平面单应矩阵对摄像机内参数约束的一些性质

空间x-y坐标平面与图像平面之间的单应矩阵可以提供关于摄像机内参数的2个线性约束.文中研究表明:给定一个一般空间平面与图像平面之间的单应矩阵,如果空间平面在世界坐标系的坐标已知,则该单应矩阵同样可以提供关于摄像机内参数的2个线性约束;如果空间平面在世界坐标系的坐标未知,则该单应矩阵不能构成对摄像机内参数的任何约束.另外,仅仅知道某一个场景中的2幅图像间的单应矩阵不能对摄像机内参数构成任何约束.该结果对从事摄像机标定和三维重建的研究人员有一定的参考作用.