基于多直线对应和加权最小二乘的位姿估计

作     者：张跃强 苏昂 刘海波 尚洋 于起峰 ZHANG Yue-qiang;SU Ang;LIU Hai-bo;SHANG Yang;YU Qi-feng

作者机构：国防科技大学航天科学与工程学院图像测量与视觉导航湖南省重点实验室湖南长沙410073 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2015年第23卷第6期

页      面：1722-1731页

核心收录：

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家973重点基础研究发展计划资助项目(No.2013CB733100) 国家自然科学基金资助项目(No.11332012) 

主　　题：机器视觉 位姿估计 三维跟踪 多假设 迭代加权最小二乘 

摘      要：为了求解复杂环境下目标的位姿,提出了基于多直线对应的加权最小二乘位姿估计算法。首先对模型直线进行等间隔采样,并沿采样点投影法线方向搜索图像点对应;然后利用图像点对应局部和全局特性对样本点进行加权;最后通过优化法向距离实现目标位姿的优化求解。为了解决模型-图像对应错误引起的优化失败问题,算法在模型-图像点匹配阶段为每个采样点保留多个图像点对应,通过随机Hough变换(RHT)算法将图像点对应约束在直线上,并为每条模型直线保留多图像直线对应。在对样本点进行加权时,综合考虑了样本点自身的属性和样本点同周围点的关系,有效提高了算法对纹理,背景,噪声等的鲁棒性。实验结果表明:提出的方法能够实现复杂环境下目标位姿的优化求解,其在x方向、y方向和z方向的角度估计误差分别优于0.4,0.3和0.1°;在垂直光轴方向和沿光轴方向的相对位置误差则分别优于0.03%和0.1%。相比单假设方法,提出的方法能够更有效地克服复杂背景干扰,实现特殊视图目标位姿的稳定估计。