一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，具体步骤如下：变换相机的曝光时间，并采集不同曝光时间下的图像帧序列；根据所采集的图像帧序列和对应的曝光时间，对相机的响应函数进行标定；获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息；根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息。本发明专利技术提供了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，利用相机的响应函数，利用辐照度不变性对图像帧中的特征点进行逐帧跟踪，确定场景特征点在各图像帧中的位置信息，实现复杂光照情况下特征点的稳定跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法
本专利技术涉及计算机视觉
，更具体的说是涉及一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法。
技术介绍
特征点跟踪技术是计算机视觉领域的核心课题之一，具有十分重要的意义和广泛的实用价值。近年来，随着特征点跟踪技术的快速发展，对于算法稳定性和适用性的要求也在日益增高。算法处理的场景越来越复杂，目标越来越广泛，传统的算法已无法满足人们的要求。对于实际场景中的特征点跟踪，相机自动曝光、场景切换时亮度变化较大的情况下，传统光流法的光度不变性假设难以成立，此时的光流法容易发生跟踪丢失的情况。此外，当场景中出现阳光、晴朗天空和人造强光照射的情况下，相机会自动调节曝光时间以平衡图像内灰度的分布，这也会导致特征点跟踪的丢失。因此，如何提供一种在相机自动曝光和视场光照剧烈变化下目标跟踪的特征点跟踪方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，利用相机的响应函数，利用辐照度不变性对图像帧中的特征点进行逐帧跟踪，确定场景特征点在各图像帧中的位置信息，实现复杂光照情况下特征点的稳定跟踪。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，具体步骤如下：变换相机的曝光时间，并采集不同曝光时间下的图像帧序列；根据所采集的图像帧序列和对应的曝光时间，对相机的响应函数进行标定；获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息；根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中，对相机的相应函数进行标定的具体步骤包括：在固定场景下采集相机响应函数标定所需的数据；构建相机响应函数误差模型；使用极大似然估计方法对响应函数进行求解。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息的具体步骤包括：预先选定特征点的阈值，在图像中进行FAST特征点提取，并计算特征点的响应值；对图像进行分块，按图像块分别对响应值较低的冗余特征点进行剔除。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定特征点在下一帧图像中的位置信息的步骤包括：计算并保存响应函数的导数信息；构建图像金字塔，计算金字塔下层特征点在上层中对应的位置；根据辐照度不变性假设，在第k+1帧中确定与第k帧中目标特征点对应的跟踪特征点。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中剔除冗余特征点的步骤包括：对图像进行分块，统计每一块图像中成功跟踪的特征点数目；选取指定阈值，在不含有特征点的图像块中进行特征提取，保证图像中整体特征数量保持为m个；针对特征数量大于指定数量m的图像块，按照特征点响应值对特征点进行排序，剔除前m个特征点以外的特征点。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中所述的构建图像金字塔，计算金字塔下层特征点在上层中对应位置的步骤包括：从原始图像开始，即从图像金字塔底层开始，递归地使用插值方法生成长宽各缩减一半大小的上一层图像；根据生成图像金字塔的方式，计算原图中需要跟踪的目标特征点所对应位于上层图像中特征点的位置坐标。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中所述的根据辐照度不变性假设，在第k+1帧中确定与第k帧中目标特征点对应的跟踪特征点的步骤包括：针对金字塔顶层图像，将其特征点运动信息的初始估计值置零，根据辐照度不变性假设，计算特征点的运动信息；除顶层图像外，设置特征点运动信息的初始估计值为上一层计算对应特征点的运动信息，并根据辐照度不变性假设，计算当前层中特征点的运动信息。优选的，一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法中计算特征点的运动信息的步骤包括：针对目标特征点周围固定大小窗口内的像素点，计算其在x方向和y方向的像素梯度值，并计算对应的辐照度变化量；针对窗口内的像素点，分别构建对应于辐照度不变特性的等式，采用最小二乘方法对特征点的运动信息进行求解。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，利用相机的响应函数，利用辐照度不变性对图像帧中的特征点进行逐帧跟踪，确定场景特征点在各图像帧中的位置信息，实现复杂光照情况下特征点的稳定跟踪。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术的实施例1的特征点跟踪方法的流程图；图2附图为本专利技术的实施例1的特征点跟踪方法的原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例公开了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，利用相机的响应函数，利用辐照度不变性对图像帧中的特征点进行逐帧跟踪，确定场景特征点在各图像帧中的位置信息，实现复杂光照情况下特征点的稳定跟踪。实施例1本实施例提供了一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，如图1所示，本实施例所述方法包括：步骤S101：对相机的响应函数进行标定；相机成像得到的图像像素值受相机曝光时间的影响，因此为了减小相机自动曝光模式下曝光时间变化对特征点跟踪的影响，首先需要通过标定得到相机的响应函数，即得到场景辐照度、相机曝光时间和像素值之间的对应关系。为了采集相机标定的数据，需要在特定场景下以不同曝光时间采集图像，并保存图像和曝光时间信息，而且曝光时间对相机的曝光时间范围进行覆盖。步骤S102：获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息；为了对特征点进行跟踪，首先要确定当前图像帧中需要跟踪的特征点信息，其常用方法是通过对目标点自身像素值和其周围像素值的比较结果得到该点的响应值，并以响应值较大的像素点作为起始跟踪点。需要跟踪的特征点主要包括上一帧成功跟踪的特征点和当前帧中补充的特征点，特征点信息包括特征点的位置信息和响应值。步骤S103：根据相机响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息。得到当前图像帧中的目标特征点信息后，根据辐照度不变性假设，以图像金字塔方式逐帧对后续剩余图像帧进行特征点跟踪，确定图像帧中特征点的位置信息和跟踪质量；在跟踪过程中，以图像分块统计方式对需要跟踪的目标特征点进行管理，在特征点较少部分重新进行特征点检测并加入跟踪序列；从第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，具体步骤如下：/n变换相机的曝光时间，并采集不同曝光时间下的图像帧序列；/n根据所采集的图像帧序列和对应的曝光时间，对相机的响应函数进行标定；获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息；/n根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，具体步骤如下：
变换相机的曝光时间，并采集不同曝光时间下的图像帧序列；
根据所采集的图像帧序列和对应的曝光时间，对相机的响应函数进行标定；获取图像帧序列当前图像帧中的目标特征点信息；
根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息。


2.根据权利要求1所述的一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，对相机的相应函数进行标定的具体步骤包括：
在固定场景下采集相机响应函数标定所需的数据；
构建相机响应函数误差模型；
使用极大似然估计方法对响应函数进行求解。


3.根据权利要求1所述的一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，获取图像帧序列当前图像帧中的特征点信息的具体步骤包括：
预先选定提取目标特征点的阈值，在图像中进行FAST特征点提取，并计算目标特征点的响应值信息；
对图像进行分块，按图像块分别对响应值较低的冗余特征点进行剔除。


4.根据权利要求1所述的一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，根据相机的响应函数和辐照度不变性假设，确定跟踪特征点在下一帧图像中的位置信息的步骤包括：
计算并保存响应函数的导数信息；
构建图像金字塔，计算金字塔下层特征点在上层中对应的位置；
根据响应函数的导数信息和辐照度不变性假设，在第k+1帧中确定与第k帧中目标特征点对应的跟踪特征点。


5.根据权利要求3所述的一种针对相机自动曝光的特征点跟踪方法，其特征在于，剔除冗余特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙，多靖赟，毛家宁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11