[发明专利]模型生成的图形图像到照相机帧的基于帧和象素的匹配

权利要求书

1.一种用于实时跟踪校准照相机的位置和视角(自我运动)的方法，包括以下步骤：

创建存在照相机的世界的先验模型；

从照相机中获取每个原始的、未处理的视频帧；

对于每个视频帧，假设获取这些视频帧的一小组可能的位置和视角；

对于每个视频帧，使用图形处理器和来自先验模型的顶点数据来绘制图像，每个假设的位置和视角绘制一个图像；

对于每个视频帧，通过寻找对该视频帧的最佳匹配图像来选出最佳位置和视角。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用低成本的图形处理器来绘制世界的先验模型已经在现有技术中实现，并且已在实际的图形计算机游戏中使用。

3.根据权利要求2所述的方法，其中第一视频帧是来自已知的位置和视角。

4.根据权利要求3所述的方法，其中视频帧和绘制的图像具有相同的分辨率；并且二者都被划分为矩形和正方形区域，这些区域重叠0或直到百分之百的象素。

5.根据权利要求4所述的方法，其中通过从两个帧来计算照相机的最大可能运动矢量和视角来限制假设的一组位置和视角的计数，所述两个帧中的一个帧在另一个帧前面；

所述计算包括如下子步骤：

计算当前帧的每个区域的快速傅立叶变换，每个区域独立于另一个区域被处理；

获取得到的快速傅立叶变换矩阵的相位分量并且提出纯相位分量矩阵；在存储器中存储该相位分量矩阵；

利用来自当前的和在前的帧的相位分量矩阵，获取当前照相机帧的每个区域和在前的照相机帧的对应区域之间的相位差；

计算相位差矩阵的反快速傅立叶变换，得到相位相关面；

在每个区域中确定相位相关面的最大值的2D位置；所述2D位置形成了每个区域的2D光流矢量；

从所有区域的光流矢量计算照相机的最可能的3D运动矢量和视角。

6.根据权利要求5所述的方法，其中来自2D光流矢量的最大可能3D运动矢量和视角的计算包括如下子步骤：

确定在参考的世界帧中运动的取向或方向，然后定义一条线，最可能的下一个位置沿着该线分布；

使用在前的速度计算来确定沿着取向线的候选的下一个位置；

从计算的候选位置周围的立方选择的点中选出多个最可能的位置；

使用梯度下降来在立方选择的点中选择最佳的下一个位置。

7.根据权利要求5所述的方法，其中选择对每个视频帧的最佳匹配的绘制图像的方法包括如下子步骤：

在绘制的图像中计算每个区域的快速傅立叶变换；

获得每个区域的快速傅立叶变换矩阵的相位分量；

利用来自当前的帧的相位分量矩阵和来自绘制的图像的相位分量矩阵，获取当前照相机帧的每个区域和绘制的图像的相对应的区域之间的相位差；所述相位差形成相位相关矩阵；

计算照相机帧区域和绘制的图像区域之间的相位相关矩阵的反快速傅立叶变换，得到每个区域的相位相关面；

最佳匹配的绘制图像是具有平方(点积)的光流矢量的最小和的绘制图像，其中对于所有区域求和。

8.根据权利要求5所述的方法，其中选择每个视频帧的最佳匹配绘制图像的方法包括如下子步骤；这在现有技术中称为“直接法”；

对于每个绘制的图像，获得绘制的图像和视频帧之间的每个象素的灰度级的差值；

对于每个区域计算所有所述差值的简单平方和；

选择的绘制的图像是具有与视频帧的平方差的最小和的绘制图像。

9.根据权利要求5所述的方法，其中使用诸如AutoCAD的当前可用的工具构建先验模型。

10.根据权利要求5所述的方法，其中使用现有技术中的方法，通过从存在照相机的世界中预先获取的视频帧的图像处理来构建先验模型。

11.根据权利要求5所述的方法，其中实时构建先验模型是和使用现有技术的方法的运动评估同时发生，但是和运动评估是分开的。