一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法，通过建立反馈机制将相机位置参数的标定过程与三维重构算法联系起来，通过层析重建结果来定向的指导修正相机位置参数的标定过程，能够有效减小重构误差，达到理想的优化效果。想的优化效果。想的优化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法


[0001]本专利技术属于三维层析
，具体涉及一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法。

技术介绍

[0002]在目前所探索的三维光学测量技术中，基于层析原理的三维重建技术具有瞬时测量三维空间结构的潜力，在所有三个方向上具有相等的空间分辨率，并且利用商业上可获得的照相机和激光器可以进行高帧率的拍摄以达到瞬态及时测量的目的，被认为是发动机光学诊断领域中极具前景的诊断方法。三维层析技术在燃烧诊断领域已经比较成熟，已广泛应用于三维火焰的空间结构分布的测量。一般的三维层析重建过程分为两步：第一步通过布置在不同位置的相机对目标火焰进行拍照，以获得火焰在不同方向上的投影；第二步将在第一步捕获的投影数据添加到层析重构算法中，以重建目标火焰的三维结构。第一步中涉及的一个关键过程是相机位置标定，它可以确定摄像机的位置和角度方向。位置标定对于火焰特性测量的整体准确性至关重要，因为位置标定中的不确定性会在随后的火焰特性重建中传播甚至放大。在以往的工作过程中，人们通常将相机标定过程和层析重建的迭代过程按照两个独立的步骤来处理，这两个过程都会带来误差，标定误差主要来自校准物部分信息模糊，重构误差主要来自迭代计算的残差。两步累积的总体重构误差约在7％～11％，因此，有必要对层析重构过程进行优化。
[0003]现有的相关研究主要是针对上述两个步骤单独进行优化，如通过改进精准物的设计或标定算法来提高相机位置参数的标定结果，通过改进层析重建算法来减小重构误差，但是将其分别处理始终难以达到理想的优化效果。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法，能够实现基于相关性计算的大角度误差定向修正。
[0005]本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、对待修正相机的位置参数进行标定得到初始标定角度；
[0007]步骤2、判断步骤1得到初始标定角度是否需要角度修正，如果需要修改正执行步骤3，否则结束本流程；
[0008]步骤3、计算角度修正参数f，角度修正参数f为角度误差与相关性矩阵最大值偏移量之间的比例对应关系；
[0009]步骤4、对所有方位进行角度修正，结束本流程。
[0010]进一步地，所述步骤2中判断步骤1得到初始标定角度是否需要角度修正的过程包括：
[0011]遍历所有方位k，k为满足条件1≤k≤K的整数，采用除方位k的真实投影P
t,k
之外的所有投影重构方位k，并在方位k上进行重投影得到重投影P
r,k
；然后，将真实投影P
t,k
与重投
影P
r,k
进行相关性计算得到相关性矩阵，获得相关性矩阵的最大值与矩阵中心的距离Δx
k
；如果所有方位上的Δx
k
均小于设定值则说明角度误差较小，不需要角度修正；否则需要角度修正。
[0012]进一步地，所述步骤3计算角度修正参数f的过程包括：
[0013]对于所有方位k，采用除方位k的真实投影P
t,k
之外的所有投影进行重构，并向两个方向改变方位k初的始标定角度θ
k
后进行重投影获得两方向的重投影及对这两个重投影及进行相关性计算获得相关性矩阵的最大值与矩阵中心的距离Δx
k0
，采用公式计算得到方位k对应的角度修正系数f
k
，在所有方位k的角度修正系数在选择最小值作为角度修正参数f。
[0014]进一步地，所述步骤4中对所有方位进行角度修正的过程包括：
[0015]对于所有方位k，用除方位k的真实投影P
t,k
之外的所有投影进行重构，并在方位k上进行重投影得到重投影P
r,k
，然后，对真实投影P
t,k
与重投影P
r,k
进行相关性计算，获得矩阵最大值与矩阵中心的距离Δx
k
，采用公式Δθ
k
＝f
·
Δx
k
计算得到角度误差修正量Δθ
k
，采用Δθ
k
完成所有方位k的角度修正。
[0016]进一步地，所述步骤4还包括：将完成所有方位的角度修正计算作为修正轮，重复执行修正轮直到所有方位的角度都不再变化，则完成修改过程结束本流程。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术通过建立反馈机制将相机位置参数的标定过程与三维重构算法联系起来，通过层析重建结果来定向的指导修正相机位置参数的标定过程，能够有效减小重构误差，达到理想的优化效果。
附图说明
[0019]图1(a)模拟的信号分布示意图。
[0020]图1(b)模拟信号在某一方向上有无角度误差的投影差异对比示意图。
[0021]图1(c)角度误差对投影以及相关性矩阵影响的示意图。
[0022]图2相关性矩阵计算原理示意图。
[0023]图3为本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法的流程图。
[0024]图4为本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法的角度修正必要性判断流程图。
[0025]图5为本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法的角度修正参数计算方法流程图。
[0026]图6为采用本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法进行角度误差修正实例应用结果。
具体实施方式
[0027]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0028]为了明确采用角度误差的影响，建立了模拟的信号分布，如图1(a)所示。通过考虑
模拟信号在某一方向上有无角度误差的投影差异对比(图1(b))可以发现：一定范围内的角度误差呈现在投影上的差异与图像发生了位置错动类似。由此，为实现角度误差的定向修正，本专利技术通过进行真实投影与重投影不同相对位置关系下的相关性计算结果获得相关性矩阵，并通过相关性矩阵的最大值坐标与矩阵中心点坐标的距离为角度修正提供方向。两个图像的相关性表示图像在不同相对位置上的相似性程度和相关匹配程度的度量。由图2的示意图所示，相关性矩阵的中心值代表的是两个投影中心重叠时计算得出的两个投影的相关性计算结果，而距离中心点(x,z)处的值为两个投影中心相距(11
‑
x,11
‑
z)距离时的相关性计算结果。通过计算发现，当不存在相对偏差的时候，两个投影的相关性矩阵的最大值会出现在相关性矩阵的中心，当存在偏差的时候相关性矩阵的最大值会出现偏移(如图1(c)所示)。根据模拟计算结果，角度的偏移造成的投影偏移也可以体现在相关性矩阵的最大值位置上。由此可以证明，本专利技术通过相关性矩阵中最大值坐标表征角度误差的方法是可行的。
[0029]本专利技术提供的一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法提出了一种反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相关性计算的三维层析角度修正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对待修正相机的位置参数进行标定得到初始标定角度；步骤2、判断步骤1得到初始标定角度是否需要角度修正，如果需要修改正执行步骤3，否则结束本流程；步骤3、计算角度修正参数f，角度修正参数f为角度误差与相关性矩阵最大值偏移量之间的比例对应关系；步骤4、对所有方位进行角度修正，结束本流程。2.根据权利要求1所述的三维层析角度修正方法，其特征在于，所述步骤2中判断步骤1得到初始标定角度是否需要角度修正的过程包括：遍历所有方位k，k为满足条件1≤k≤K的整数，采用除方位k的真实投影P
t,k
之外的所有投影重构方位k，并在方位k上进行重投影得到重投影P
r,k
；然后，将真实投影P
t,k
与重投影P
r,k
进行相关性计算得到相关性矩阵，获得相关性矩阵的最大值与矩阵中心的距离Δx
k
；如果所有方位上的Δx
k
均小于设定值则说明角度误差较小，不需要角度修正；否则需要角度修正。3.根据权利要求1所述的三维层析角度修正方法，其特征在于，所述步骤3计算角度修正参数f的过程包括：对于所有方位k，采用除方位k的真实投影P
t,k
之外的所有投影进行重构，并向两个方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海岩，伍岳，黎一锴，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：