基于四元數(shù)最少特征點(diǎn)的相機(jī)位姿估計(jì)

侯培國(guó)， 趙梓建， 宋 濤,2

(1.燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004； 2.秦皇島視聽機(jī)械研究所，河北 秦皇島 066004)

1 引 言

計(jì)算機(jī)視覺(jué)是利用相機(jī)以及計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人眼功能，使得計(jì)算機(jī)智能化，能夠從平面圖像以及三維立體圖像中提取出操作者所需要的有用信息，并進(jìn)一步做分析處理[1～3]。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而準(zhǔn)確的位姿估計(jì)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中起著十分重要的作用。例如，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)的測(cè)量中，通過(guò)了解相機(jī)的位姿變化，可以從一組二維的圖像中構(gòu)建出相應(yīng)的三維場(chǎng)景模型[4]；在機(jī)器人技術(shù)中，相機(jī)位姿可以用于機(jī)器人的導(dǎo)航系統(tǒng)[5]，使得機(jī)器人具有“方向感”；除此之外，相機(jī)位姿估計(jì)在同步定位、自動(dòng)駕駛汽車以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等場(chǎng)合中也具有廣泛應(yīng)用[6～8]。

相機(jī)位姿估計(jì)需要能夠在兩個(gè)或多個(gè)圖像中檢測(cè)到圖像的特征點(diǎn)并匹配成功，例如圖像的邊緣、角點(diǎn)等[9]，并且要在空間的一般位置找到至少5個(gè)匹配的特征點(diǎn)。當(dāng)檢測(cè)并匹配到6個(gè)以及更多個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行位姿估計(jì)時(shí)，位姿估計(jì)問(wèn)題是線性的。而基于5個(gè)特征點(diǎn)的相機(jī)位姿估計(jì)算法(下文簡(jiǎn)稱為5點(diǎn)算法)則必須要解決多項(xiàng)方程組非線性問(wèn)題[10]。因此，在求解位姿時(shí)前一種算法往往比5點(diǎn)算法更快。雖然基于6個(gè)或更多個(gè)特征點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)位姿的估計(jì)的執(zhí)行時(shí)間比較短，但是這種算法經(jīng)常會(huì)“失效”，導(dǎo)致算法在許多場(chǎng)景中無(wú)法正確求解位姿。例如，利用8點(diǎn)算法進(jìn)行相機(jī)位姿求解時(shí)，如果匹配的特征點(diǎn)是共面，或者當(dāng)相機(jī)僅具有旋轉(zhuǎn)動(dòng)作而平移值為零時(shí)，8點(diǎn)算法就不能準(zhǔn)確求解?！?br>