[发明专利]一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法

说明书

技术领域

本发明属于三维重建技术领域，具体涉及一种面向非刚体三维重建的轨迹基选择方法。

背景技术

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1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1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：（1）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.IEEE,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。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明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。

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（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。

所述的原始测量矩阵为2m×n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1≤i＜2m，j为自然数且1≤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：