[发明专利]从关于建筑物场景的图像序列中确定海拔高度方向的方法

权利要求书

1.一种从关于建筑物场景的图像序列中确定海拔高度方向的方法，其特征在 于包括以下步骤：

1)首先对用户给定的图像序列进行摄像机自定标，得到每张图像的摄像机 投影矩阵和若干跟踪点，一个跟踪点为所拍摄场景中的一个三维点，同时它在 用户给定的图像序列中的某几张连续图像上有投影，并记录跟踪点在用户给定 的图像序列中出现的图像子序列、以及每个跟踪点在用户给定的图像序列中出 现的图像子序列中的每张图像上的像素位置；

2)预处理用户给定的图像序列中的每张图像，首先进行边缘检测，抽取出 图像中的所有边缘，然后使用直线段拟合所抽取出的每一条边缘，放入图像的 边缘直线段集合；

3)在步骤1)中得到的跟踪点集合中选取任意一个跟踪点P，并找出在用户 给定的图像序列中出现跟踪点P的图像子序列{I_i|i＝1，..N}，图像子序列包含N张 图像；

4)对出现跟踪点P的图像子序列{I_i|i＝1，..N}中的每张图像I_i，从图像I_i的边 缘直线段集合中，选取一条满足以下条件的直线段l(I_i)：直线段l(I_i)与图像竖直 方向的夹角小于用户给定值α，与跟踪点P的距离最短且小于用户给定值β，如 果选出了直线段l(I_i)，则将直线段l(I_i)加入集合A；

5)如集合A中包含的直线段数量小于等于1，则无法计算跟踪点P在空间 中对应的直线，返回步骤3)，重新选取另一个跟踪点继续进行操作；如集合A中 包含的直线段数量大于等于2，则枚举出所有的由集合A中任意两条不同的直线 段所构成的组合，对每一个组合根据该组合中的两条直线段各自所在图像的摄 像机矩阵，并利用计算机视觉方法，求得每个组合中的两条直线段在三维空间 中所唯一确定的直线L，并将直线L的方向矢量加入集合B；

6)对集合B中的所有方向矢量，首先建立方向矢量的所有连接关系并计算 每两个方向矢量的连接关系的距离，定义两个方向矢量的连接关系的距离为这 两个方向矢量的锐角夹角，在方向矢量的所有的连接关系建立完成之后，将得 到的所有方向矢量的连接关系的距离排序，取所有方向矢量的连接关系的距离 的中位数作为阈值对建立完成的连接关系使用AGNES聚类方法进行聚类，并选 取聚类结果中的最大簇B_max，计算该簇中两个方向矢量的平均矢量，放入集合C 中；

7)重复步骤3)至步骤6)，直至处理完成给定的图像序列中所有的跟踪点P； 如集合C为空，则对于给定的图像序列无法确定海拔高度方向；如集合C不为空， 则对集合C中的所有方向矢量，首先建立方向矢量的所有连接关系并计算每两个 方向矢量的连接关系的距离，在所有的连接关系建立完成之后，将得到的所有 方向矢量的连接关系的距离排序，取所有方向矢量的连接关系的距离的中位数 作为阈值对建立完成的连接关系使用AGNES聚类方法进行聚类，并选取聚类结 果中的最大簇C_max，并求得该簇中的所有方向矢量的平均矢量V，并将平均矢量 V投影至给定的图像序列中的任一张图像上，如平均矢量V在图像上的投影与该 图像竖直向上方向的夹角小于90°，则平均矢量V为关于建筑物场景的图像序列 中的海拔高度方向，否则平均矢量V的反方向为关于建筑物场景的图像序列中的 海拔高度方向；

所述的利用计算机视觉方法，求得每个组合中的两条直线段在三维空间中 所唯一确定的直线步骤：

从步骤1)中求得的摄像机自定标结果中取得两条直线段l(I_i)与l(I_j)各自所对 应的图像所对应的投影矩阵M_i与M_j，以及相机的内参矩阵K；利用M_i与M_j求出 l(I_i)与l(I_j)拍摄时的光心O_i与O_j：然后使用 M_i与K将l(I_i)的两个端点与投影至空间点，利用这两个空间点求得l(I_i)在三维空间中所对应的平面F_i， 其法向量Ni=((G1i-Oi)100010001000)×((G2i-Oi)100010001000),]]>Fi=(Ni-1*(Oi100010001000)·Ni)]]>

使用l(I_j)、K与O_j求得l(I_j)在三维空间中所对应的平面F_j；如果F_i与F_j不平行 也不重合，则计算F_i与F_j的交线作为这两条直线段在三维空间中所唯一确定的直 线；如果F_i与F_j平行或重合，则l(I_i)与l(I_j)无法在三维空间上唯一确定直线。