基于天际线匹配的室外主动相机重定位方法研究

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天际线指天空与地面上建筑或自然景物的交界线,针对天际线场景的监测可以有效应用于城市整体规划及形态控制、山体稳定性监测、大坝结构形变监测等方面的任务中,具有重要的实际应用价值。然而,目前效果最好的基于主动相机重定位(Active Camera Relocalization,ACR)的场景像素级微变监测方法在应用于天际线景观监测时通常存在两方面问题。一是现有的ACR方法均依赖二维图像特征提取及匹配来计算相机相对位姿进而实现相机重定位,但在面向室外天际线景观监测时,不可避免的较大光照差异或季节变化引起的场景表观差异会严重影响二维图像特征的匹配精度。另一方面,与文物、建筑等近刚性场景不同,天际线景观场景通常较为复杂,充斥着大量非刚性目标,因此即使在无光照差异下,利用二维特征计算的相机相对位姿也是不可靠的,同样导致现有ACR方法失效。因此,不同于现有基于二维图像特征的ACR方法,本文提出了一种基于天际线匹配的室外主动相机重定位方法,利用不易受光照及季节变化影响的天际线结构信息估计相机相对位姿,进而实现了对室外环境鲁棒的主动相机重定位。该方法首先基于语义分割方法,将图像在像素级别分为天空-非天空区域,通过提取天空-非天空区域交界线可以得到天际线。随后,对提取得到的天际线基于天际线关键点进行离散化处理,并基于迭代最近点(Iterative Closest Points,ICP)算法实现了基于天际线的相机相对位姿估计,最终利用折半调整策略完成主动相机重定位。最后,在多种室外场景下进行实验测试,验证了本方法与现有方法相比在室外场景下能够更鲁棒地完成相机重定位任务。
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