一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法与流程

1.本发明涉及投影仪技术领域，具体为一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法。


背景技术：

2.投影仪所使用的光源包括传统的高强度气体放电光源(例如超高压汞灯、短弧氙灯、金属卤素灯)及以led光源和激光光源为代表的新型光源。传统光源投影机通常会在使用一段时间后，随着光源出射光的衰减而使投影图像变暗变黄(如亮度衰减、色饱和度对比度降低等)，在对图像质量要求较高的使用场合，即使灯泡仍还在发光，也不得不因此而更换灯泡。所以光衰成为使用传统光源的投影机所无法逾越的一个主要障碍。随着半导体照明技术以及激光技术的发展，led光源以及激光光源不仅在照明领域得以迅速发展，在显示领域也取得了广泛的应用。led是新型光源中最早被用于投影仪的产品，由于led可以使投影仪的成像结构更加简单，因此尺寸较小、易于携带、使用简单的投影仪产品给教学、商务和个人娱乐带来了很大的便利。
3.本文提出了一种新的针对未标定相机对极线校正方法，以尽量减少图像失真。在图像级中单应矩阵被分解成一个平移矩阵，一个纯的2d旋转矩阵、引起图像校正失真的投影矩阵以及一个对齐矩阵。然后通过雅可比行列式衡量像素级几何失真。然后，在对极几何限制下通过构造能量函数以减小几何失真。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，包括以下步骤：
6.s1
7.假设由双目摄像机获得了左图像ⅰ和右图像ⅰ`(图1)，左图像光心的三维坐标为c，右图像光心的三维坐标为c`，一个三维点m投影在左图像和右图像上的点分别是对应光心与m所在直线与图像的交点m和m`，极点e和e`是基线cc`与图像的交点。
8.s2
9.对极线l和l`被定义为左右图像平面与包含c和c`以及三维点m的平面的交线，存在一个从一幅图像中的点到另一幅图像对极线的映射称为基础矩阵f，由于该映射点m`必须位于对极线fm上，此时m
′
t
fm＝0。
10.s3
11.经过校正的基本矩阵为
12.s4
13.旋转:校正之后极点应该是在水平方向无穷远处，因此，针对图像ⅰ应用旋转矩阵h，使得穿过图像中心的极线与水平横轴对齐，这样极点就落在了α轴上，同理另一个旋转矩阵h`，被应用在右图像使得『对应的对极线平行，旋转矩阵h，和h`，此时：
14.s5
15.通过投影矩阵h，和h`，将极点投影到无穷远使得所有的对极线平行，此时：
16.s6
17.对齐:虽然上述三个组成部分确保两幅图像中的对极线是平行的，但对应的对极线可能具有不同纵坐标从而引入垂直视差，因此对齐变换矩阵包含一个相似变换和一个平移变换，此时
18.优选的，立体图像对经过步骤s1-s6完成图像级矫正，对应的矩阵为
19.优选的，当对图像施加变换之后，雅可比行列式的值衡量了一个点在其邻域上膨胀或收缩的程度，因此，引入雅可比行列式在像素级别上进一步改进单应矩阵，d为点(x，y)的邻域，当点(x，y)被转化为(r`，y`)，邻域d转化为d，需要注意的是变换应该是连续的可微的，校正后有以下关系:
20.优选的，当ij(h，x，y)l为1时邻域d没有膨胀或收缩，行列式的值随着像素位置变化而变化，小于1时丢失像素和大于1时创建新像素。
21.与现有技术相比，本发明提供了一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，具备以下有益效果：
22.1、该基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，以上校正结果显示，本文的方法对不同类型的数据具有很强的鲁棒性，提出的二级能量最小化框架在精度和减少图像失真获得了比较好的结果。
23.2、该基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，伴随精确化保障的推进，航空保障工作因战略需求，作战形式和环境的差别，呈现出系统化，模块化、复杂化的发展趋势，研发界面友好，操作便利的航空保障装备辅助分析决策系统，可将技术人员从繁重rcm分析
工作中解放出来，在提高航空保障装备的维修保障效率，降低决策费用的同时，为rcm理论在航空保障装备领域的发展起到了积极的推动作用。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
25.图1为本发明对极几何结构示意图；
26.图2为本发明构成单应矩阵步骤结构示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于极线采样的投影仪对点高精度匹配方法，包括以下步骤：
30.s1
31.假设由双目摄像机获得了左图像ⅰ和右图像ⅰ`(图1)，左图像光心的三维坐标为c，右图像光心的三维坐标为c`，一个三维点m投影在左图像和右图像上的点分别是对应光心与m所在直线与图像的交点m和m`，极点e和e`是基线cc`与图像的交点。
32.s2
33.对极线l和l`被定义为左右图像平面与包含c和c`以及三维点m的平面的交线，存在一个从一幅图像中的点到另一幅图像对极线的映射称为基础矩阵f，由于该映射点m`必须位于对极线fm上，此时m
′
t
fm＝0。
34.s3
35.经过校正的基本矩阵为
36.s4
37.旋转:校正之后极点应该是在水平方向无穷远处，因此，针对图像ⅰ应用旋转矩阵h，使得穿过图像中心的极线与水平横轴对齐，这样极点就落在了α轴上，同理另一个旋转矩阵h`，被应用在右图像使得『对应的对极线平行，旋转矩阵h，和h`，此时：
38.s5
39.通过投影矩阵h，和h`，将极点投影到无穷远使得所有的对极线平行，此时：
40.s6
41.对齐:虽然上述三个组成部分确保两幅图像中的对极线是平行的，但对应的对极线可能具有不同纵坐标从而引入垂直视差，因此对齐变换矩阵包含一个相似变换和一个平移变换，此时
42.立体图像对经过步骤s1-s6完成图像级矫正，对应的矩阵为当对图像施加变换之后，雅可比行列式的值衡量了一个点在其邻域上膨胀或收缩的程度，因此，引入雅可比行列式在像素级别上进一步改进单应矩阵，d为点(x，y)的邻域，当点(x，y)被转化为(r`，y`)，邻域d转化为d，需要注意的是变换应该是连续的可微的，校正后有以下关系:当ij(h，x，y)l为1时邻域d没有膨胀或收缩，行列式的值随着像素位置变化而变化，小于1时丢失像素和大于1时创建新像素，以上校正结果显示，本文的方法对不同类型的数据具有很强的鲁棒性，提出的二级能量最小化框架在精度和减少图像失真获得了比较好的结果，伴随精确化保障的推进，航空保障工作因战略需求，作战形式和环境的差别，呈现出系统化，模块化、复杂化的发展趋势，研发界面友好，操作便利的航空保障装备辅助分析决策系统，可将技术人员从繁重rcm分析工作中解放出来，在提高航空保障装备的维修保障效率，降低决策费用的同时，为rcm理论在航空保障装备领域的发展起到了积极的推动作用。
43.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。