基于表面间距离度量的多视点距离图像的对准算法.pdfVIP

150 中国科学 E 辑 信息科学 2005, 35(2): 150~160 基于表面间距离度量的多视点距离 * 图像的对准算法 ** 张鸿宾 谢 丰 (北京工业大学计算机学院, 北京 100022) 摘要 现有的距离图像对准算法, 一般是采用最近点之间的距离和作为评价函 数来估计运动参数. 这种基于点对间距离的评价函数的缺点是, 不同距离图像之 间的最近点不一定是物体表面同一点的采样, 而且不同采样点所代表的物体表 面面积也不同. 这些问题使得基于点对间距离度量的对准算法存在不精确对应 的问题, 因而对准精度不高, 对初始运动参数敏感. 提出一种基于表面间距离度 量的对准算法. 通过构造三角网格来近似表示物体的表面, 采用三角网格间最近 距离的均值作为评价函数来估计运动参数. 推导并简化了表面间距离计算的积 分公式. 实验结果表明, 该算法有较高的对准精度, 而且收敛速度较快, 抗噪声 能力较强. 关键词 距离图像 多视点 运动估计 对准 1 引言 随着距离传感器技术的发展, 从多视点的距离图像构造物体完整的三维几 何模型在计算机视觉 计算机图形学 计算机辅助设计 虚拟现实和非接触测 量等领域获得了越来越广泛的应用. 由于传感器只有有限的视野以及物体表面 的自遮挡等原因, 单一传感器所获得的距离图像只是物体部分表面的信息, 将不 同视点的距离图像进行对准和集成就成为构造三维物体完整几何模型的关键步 [1] 骤之一 . 所谓多视点距离图像的对准就是要求出不同视点距离数据间的位置变 换即运动参数, 把多视点下的距离图像统一到一个笛卡尔坐标系下. 运动参数的估计主要是利用距离图像间重叠区域的数据来进行的. 早期的 2003-01-27 收稿, 2003-07-22 收修改稿 * 国家自然科学基金资助课题(批准号: ** E-mail: zhb@ SCIENCE IN CHINA Ser. E Information Science 第2 期 张鸿宾等: 基于表面间距离度量的多视点距离图像的对准算法 151 对准算法是先在不同的距离图像上找对应的特征量, 然后采用奇异值分解和单 [2, 3] 位四元组等方法来计算运动参数 . 由于物体表面的特性 噪声以及物体的自 遮挡等原因, 寻找特征量以及它们之间的匹配是一件困难的工作, 因此这类方法 很难得到精确的对准. 由于这类方法不需要初始运动参数估计, 所以目前一般是 利用它们的对准结果作为精对准时的初始运动参数. 精对准的方法一般不需要 提取特征, 通过定义一个评价函数来反映重叠区域的吻合程度, 对准实际上就是 [4] 估计一组运动参数使得评价函数取得最小值的一个优化过程 . 这个优化问题可 [5] [4, 6~8]