大連理工大學;南京華昱海工裝備科技有限公司李志富獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉大連理工大學;南京華昱海工裝備科技有限公司申請的專利一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法和裝置獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119693559B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-26發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202411907820.9,技術領域涉及:G06T17/00;該發明授權一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法和裝置是由李志富;周鑫;石玉云;寧德志設計研發完成,并于2024-12-24向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法和裝置在說明書摘要公布了:本發明屬于海洋觀測技術領域,公開了一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法和裝置。一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法包括:通過Bouguet校準算法標定相機內參,利用配備IMU傳感器的雙目相機采集圖像和位姿信息,并通過SURF算法提取特征點,在博弈論框架下完成特征匹配,使用RANSAC算法剔除異常點。隨后,基于八點法計算相機參數,通過SBA算法優化相機參數及三維點坐標。接著,采用極線校正和SGM算法生成視差圖,并對其進行形態學處理。處理后的圖像經三角測量生成三維點云,并進行濾波。最后,通過RANSAC算法估計海平面位置,并通過最小二乘法優化結果,完成海洋波浪的三維重建。
本發明授權一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法和裝置在權利要求書中公布了:1.一種基于雙目視覺的海洋波浪場重構方法,其特征在于,步驟如下: 步驟1、使用雙目相機拍攝至少15組不同位置和視角的標定板圖像,每組標定板圖像均包括左視圖和右視圖;基于張正友標定法的Bouguet校準算法估計雙目相機內參矩陣并進行畸變校正; 步驟2、使用配備IMU傳感器的雙目相機采集目標區域的波面圖像和雙目相機的三維位姿信息,根據SURF算法提取左視圖和右視圖的特征點,生成特征描述子;基于博弈論框架的特征匹配對特征點進行特征匹配,并通過RANSAC算法消除異常點,獲得匹配點; 步驟3、使用八點法計算匹配點的基礎矩陣,進而計算本質矩陣;將本質矩陣通過SVD分解得到相機外參矩陣,從而確定兩臺相機的相對位姿,根據SBA算法對相機參數和三維點坐標進行整體優化; 步驟4、根據Bouguet算法的極線校正原理對左視圖和右視圖進行極線校正,保證圖像中極線與相機基線平行,對校正后的圖像進行裁剪以消除無法匹配的區域,實現對應匹配點的搜索從二維降低到一維,校正后的圖像根據SGM算法進行立體匹配和形態學處理獲得視差圖; 步驟5、根據視差圖使用三角測量法生成三維點云,結合應用場景對三維點云進行濾波操作;根據RANSAC算法對平均海平面位置進行估計,獲得初始估計的海平面位置后再對所有內點進行最小二乘擬合,引入以點到相機的距離為權重系數,改善初始海平面估計,最終在估計的海平面位置生成波浪三維重構模型; 步驟2中,所述基于博弈論框架的特征匹配,結合仿射變換一致性和極線幾何約束實現特征點的匹配; 特征匹配的初始階段:每一對可能匹配的候選特征點視為博弈論中的一個匹配策略,所有匹配策略構成策略集合O={1,...,n};多個候選特征點的匹配對之間通過博弈過程進行競爭,每個匹配策略的收益取決于其與其他匹配對在幾何上的一致性收益矩陣C=cij,其中cij為使用匹配策略i對抗匹配策略j的個體所獲得的收益;混合策略是可用匹配策略的隨機初始化,即在策略集合O上的概率分布x=x1,x2,...,xnT,受限于n維標準單純形中,xi為選擇對應純匹配策略的概率,xi≥0,i∈1,…,n且 匹配策略的博弈選擇階段:選擇的匹配策略x首先應滿足納什均衡,對于任意的混合策略y∈△,均滿足xTCx≥yTCy;選取一種進化的方法計算納什均衡,即進化穩定策略,匹配策略x滿足納什均衡且滿足以下條件:考慮到選擇的效率和簡便性,使用模仿者動態方程驅動選擇過程,it為迭代次數;在此博弈論框架中讓不同匹配彼此競爭,每個匹配均獲得來自兼容關聯的支持,同時承受來自所有其他匹配的競爭壓力;通過運行模仿者動態方程來模擬選擇過程,在平衡時,只有相互兼容的匹配得以保留并視為內點; 結合仿射變換一致性定義匹配博弈階段:給定一個源圖像中的特征點集合M和目標圖像中的特征點集合D,任何由ag∈M,g=1,2,...,m和bh∈D,h=1,2,...,n'組成的匹配策略對ag,bh為匹配策略,所有匹配策略的集合為由于特征點提取器從源圖像中提取數千個特征點,故對每個源圖像的特征點,根據描述符距離生成k個匹配策略,連接至目標圖像中k個最近的特征以合理篩選和限制規模,k=3~4;定義一個收益函數以利用在估計雙目相機和場景參數之前可用的一些成對信息,成對信息為匹配策略之間的相似性,從而在全局上施加一致性;由于特征描述符記錄的位置、尺度和旋轉信息與每個特征點相關聯,將源圖像中特征點與目標圖像中特征點之間的每一個匹配ag,bh關聯為一個相似性變換Tag,bh,將源圖像中的位置、方向和尺度映射到目標圖像中;在小范圍運動假設下,預料到這些相似性變換在局部上是相似的;定義收益函數Π時,根據重投影的概念和相似性實現一對一的匹配,兩個匹配策略aw1,bw2和az1,bz2及其相似變換Taw1,bw2和Taz1,bz2,其中w1、z1為區間[1,m]上的任意整數;w2、z2為區間[1,n']上的任意整數;定義虛擬點bw2'=Taz1,bz2aw1;bz2'=Taw1,bw2az1,根據衡量aw1,bw2和az1,bz2之間的相似度,其中λ是一個選擇性參數;當λ較小時,相似函數對相似變換中的偏差有較強的容忍性,λ越大,選擇性越強;收益函數Π定義為: 提出基于極線約束的博弈設定,對匹配策略進一步優化;在該博弈中,匹配策略的集合S對應于從仿射匹配博弈即結合仿射變換一致性定義的匹配博弈中提取的成對特征組,且這些特征組之間的收益與其對共同極線幾何的符合程度有關;具體如下:給定兩對匹配組和從集合aUb中估計極線幾何并定義它們之間的收益為: 其中,ls是一個函數,根據源圖像中的特征點t得到目標圖像中的極線l;dt,l表示特征點t與極線l之間的距離;經上述操作優化匹配對的選擇,最終實現特征匹配操作。
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