一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法技术

本发明专利技术公开了一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法，其采用预先定义的初始轨迹基重构运动非刚体的三维结构，计算初始重建结果的投影误差并分析其频谱，根据频谱选择出符合一定误差水平的轨迹基位置组合，将选择出的轨迹基位置与轨迹空间中的轨迹基分量对应起来，最终确定轨迹基的数目和组合形式。本发明专利技术的轨迹基选择方法不需要通过大量的重建实验和人为经验来得到轨迹基，从而大大减少了重建过程的计算量，并且选择出的轨迹基更加精确合理，在保证了重建精度的同时提高了算法的效率，实现了轨迹基的自动选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于三维重建
，具体涉及一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择 方法。
技术介绍
非刚体的三维运动重建是指从二维图像中恢复非刚体物体的三维结构。三维结构 提供的信息比二维结构更加全面和充分，因此非刚体的三维重建方法广泛用于医疗图像处 理、工业生产自动化和军事监测与跟踪等各个领域。在基于动态图像序列的非刚体三维运动重建中，非刚体的三维结构可以表示为一 组轨迹基的加权线性组合。利用预先定义的轨迹基进行重建，可减少需要求解的未知数数 目，从而提高了算法的稳定性。而非刚体种类繁多，运动形式也有千差万别。因此，轨迹基 的选择方法成为非刚体运动重建算法中的关键。现存的轨迹基选择方法仅仅考虑轨迹基的数目，主要有两种选择方法。一 种是 Akhter、Y.Sheikh、S.Khan 和 T.Kanade 在标题为 Trajectory Space:A Dual Representation for Nonrigid Structure from Motion (IEEE Computer Society, 2010) 的文献中提出的方法是从I开始遍历，通过大量实验从中取一个较为理想的轨迹基数目K， 然后在轨迹空间中顺序选择从I到K的轨迹基分量；这种轨迹基选择方法依靠大量的实验 和人为经验，存在着以下的不足:(I)轨迹基数目若选取得太小，会使非刚体运动很多重要 信息成分被忽略，无法准确地进行重建。轨迹基数目若选取得太大，待求参数会随之增加而 使算法运算时间加长，同时也会使算法不适定性增加而导致重建精度降低；(2)在轨迹基 数目选择正确的情况下，轨迹基组合形式选择正确与否也会对算法造成很大的影响；不合 理的轨迹基组合形式会严重影响重建的精确度。另一种是Y.Zhu、M.Cox 和 S.Lucey 在标题为 3D motion reconstruction for real-world camera motion (In CVPR.1EEE, June2011)的文献中提出的方法,采用完全的 轨迹基分量，将其全部应用到重建过程中；但这种方法的计算量大，重建效率低下。
技术实现思路
针对现有技术所存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种面向非刚体三维重建的 轨迹基选择方法，能够基于投影误差和频率特性选择出有效的轨迹基数目及其组合形式， 从而提高了非刚体三维运动重建算法的效率和精度。，包括如下步骤:(I)接收关于非刚体目标的运动图像序列，通过对运动图像序列进行特征点坐标 提取，构建得到非刚体目标的原始测量矩阵；(2)对mXm维的单位矩阵进行DCT变换(离散余弦变换)，得到轨迹基矩阵并选 取其中前k个轨迹基；k为自然数且I < k < rank(W)/3, m为运动图像序列的图像巾贞数， rank(W)为原始测量矩阵的秩；(3)利用所述的k个轨迹基对原始测量矩阵进行三维重建，得到非刚体目标的三维结构和旋转矩阵；(4)根据所述的三维结构和旋转矩阵进行反投影，得到非刚体目标的反投影测量矩阵；(5)使所述的原始测量矩阵与反投影测量矩阵进行比较，得到运动图像序列的投影误差;(6)对所述的投影误差进行DCT变换得到投影误差的频谱，根据预设的误差水平从频谱中选取P个频率点，进而根据P个频率点从轨迹基矩阵中提取对应的P个轨迹基；P 为自然数且I≤p≤rank (W)/3。所述的原始测量矩阵为2mXn维的矩阵，其中第i行第j行以及第i+1行第j行的两个元素值分别对应为运动图像序列第i帧图像中第j个特征点的横纵坐标，i为奇数且I≤i < 2m，j为自然数且I≤j＜n，n为运动图像序列每帧图像中的特征点总个数。所述的步骤(6)中，根据预设的误差水平从频谱中选取p个频率点的具体过程如下:首先，使频谱中各频率点按幅值从大到小排序；然后，满足以下算式选取排列最前的P 个频率点:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法，包括如下步骤：（1）接收关于非刚体目标的运动图像序列，通过对运动图像序列进行特征点坐标提取，构建得到非刚体目标的原始测量矩阵；（2）对m×m维的单位矩阵进行DCT变换，得到轨迹基矩阵并选取其中前k个轨迹基；k为自然数且1≤k≤rank(W)/3，m为运动图像序列的图像帧数，rank(W)为原始测量矩阵的秩；（3）利用所述的k个轨迹基对原始测量矩阵进行三维重建，得到非刚体目标的三维结构和旋转矩阵；（4）根据所述的三维结构和旋转矩阵进行反投影，得到非刚体目标的反投影测量矩阵；（5）使所述的原始测量矩阵与反投影测量矩阵进行比较，得到运动图像序列的投影误差；（6）对所述的投影误差进行DCT变换得到投影误差的频谱，根据预设的误差水平从频谱中选取p个频率点，进而根据p个频率点从轨迹基矩阵中提取对应的p个轨迹基；p为自然数且1≤p≤rank(W)/3。

【技术特征摘要】
1.一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法，包括如下步骤:(1)接收关于非刚体目标的运动图像序列，通过对运动图像序列进行特征点坐标提取， 构建得到非刚体目标的原始测量矩阵；(2)对mXm维的单位矩阵进行DCT变换，得到轨迹基矩阵并选取其中前k个轨迹基；k 为自然数且rank (W)/3，m为运动图像序列的图像帧数，rank (W)为原始测量矩阵的秩；(3)利用所述的k个轨迹基对原始测量矩阵进行三维重建，得到非刚体目标的三维结构和旋转矩阵；(4)根据所述的三维结构和旋转矩阵进行反投影，得到非刚体目标的反投影测量矩阵；(5)使所述的原始测量矩阵与反投影测量矩阵进行比较，得到运动图像序列的投影误差;(6)对所述的投影误差进行DCT变换得到投影误差的频谱，根据预设的误差水平从频谱中选取P个频率点，进而根据P个频率点从轨迹基矩阵中提取对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪亚明，郑俊褒，熊莹丽，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：