以影像进行相机拍摄位置估算-NPUCSIE.PDFVIP

第八屆離島資訊技術與應用研討會論文集 以影像進行相機拍攝位置估算 連紹帆 夏郭賢 李廷恩 王俊傑 蘇仲鵬 雲林科技大學 遠東科技大學 雲林科技大學 建國科技大學 雲林科技大學 工程科技研究 資訊管理系 工程科技研究 電子工程系 電機工程系 所 所 g9510801@yun khhsia@cc.feu. g9310808@yun jasonccw@ctu. sujp@yuntech. tech.edu.tw edu.tw tech.edu.tw edu.tw edu.tw 摘要 在許多空拍或保全系統的應用與場景重建 上，要以影像來進行攝影機的定位以及計算目標物 與攝影機間的距離，涉及複雜的三角函數與反三角 函數計算，不僅是高度非線性，並且十分複雜。在 本論文中，我們提出一個利用類神經網路的方法， 以建立目標物影像的特徵長度比例與拍攝角度之 間的關係，取代複雜且非線性的反三角函數推算， 經由拍攝到的影像特徵長度的比例，估測出攝影機 目前的拍攝角度。本文所提出之此攝影機角度估算 法，不僅可以唯一決定一個估測角度，而且不受影 像縮放效應的影響，使得估測上可以有更多的強健 性。 關鍵詞 ：影像辨識、類神經網路、拍攝角度估測 圖 1 演算法設計流程 1.前言 在過去文獻中多數提及電腦視覺與類神經網 路的結合，並且多數是應用在農作物分類 [1][5] 、車 數位影像處理技術的應用在近年來發展十分 牌辨識 [3]與字元辨識[7]上。經由文獻可以得知，類 迅速，經由數位影像的分析已經可以得到許多有用 神經網路在物體辨識與分類上有著十分不錯效 的資訊。在數位影像保全系統以及空拍的應用上， 果。本文同樣是利用影像處理與神經網路推算二個 經常需要得知拍攝到的數位影像與攝影機位置的 步驟，然而本文利用數位影像推估攝影機位置的推 相對位置。然而，要經由數位影像取得的資訊換算 算，利用類神經網路取代幾何投影轉換的非線性關 出攝影機的位置，需要經過複雜的三角函數與反三 係，將來可以應用於保全系統或空拍等應用上，使 角函數運算。是以，本文希望設計一演算法，經由 得應用層面更為廣泛。 數位影像的分析與推算，求得攝影機與拍攝目標間 的位置與角度資訊，做為攝影機位置推估的參考。 2. 平面投影幾何與攝影機位置之關係 本文中在演算法設計上分為二個步驟，如圖 1 所示。首先利用影向前處理 包含：二值化、邊緣偵( 電腦視覺影像處理與攝影機的特性及光學幾 測、連通標記 選定影像中出現的目標物，並對處理) 何投影之關係十分密切。可以根據影像的平面幾何 後的目標物影像進行分析，取得目標物輪廓與基本 投影的特性進行演算法設計，得到相機位置與數位 矩形，並計算出目標物影像的重心。經由平面投影 影像間的特定關係。 幾何可以得知，目標物在相機上有幾個特性：1.平 平面幾何投影的重要特性，就是平面的轉換存 行的直線，在投影後會交於一點。2.圓形的目標在 在著唯一性 [6] 。利用此重要的特性，可以知道不同 投影後會成為錐線。所以利用投影幾何的特性，可 的攝影機位置一定對應到不同的拍攝影像結果；相 以對數位影像與攝影機位置做推估轉換。