[发明专利]基于散点透视图像计算三维空间布局的方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉、计算机图形学、虚拟现实、多媒体展示的交叉领域，尤其涉及一种基于散点透视图像计算三维空间布局的方法与系统。

背景技术

三维空间布局恢复是计算机视觉和图形学领域的一个重要的研究课题，在虚拟漫游、以及基于感知的多媒体展示等方面具有重要的应用价值。

当前的三维空间布局恢复方法多针对相机拍摄的满足焦点透视的照片。该类方法依据所用照片数量不同可以分为单视点重建和多视点重建。单视点重建即从单幅图像中抽取信息(如消失点等)以推测图像的透视模型的参数和图像所描述的基本的三维空间几何(如地面方程)，建立图像和其所描绘的三维空间之间的关系，并进而恢复三维布局。多视点重建则依赖不同图像之间的特征点之间的对应计算每幅图像的透视模型参数，依赖三角测距原理计算得到二维特征所对应的三维空间点。当前对于照片的三维重建研究已经较为成熟。

随着多角度、富媒体展示要求的不断提升，如何从散点透视图像中(典型例子便是中国传统长卷式绘画，如《清明上河图》)恢复三维布局成为一个亟待解决的问题。现有方法难以直接应用到散点透视图像中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于散点透视图像计算三维空间布局的方法与系统，基于本发明提出的散点透视的几何模型，建立散点透视绘画和其所描绘的三维空间之间的关系，给定图像上的一个二维点，即可输出其在三维空间中的位置。

一方面，本发明公开了一种基于散点透视图像计算三维空间布局的方法，包括如下步骤：构图线索抽取步骤，抽取数字图像的构图线索；连续线索建立步骤，扩散所述构图线索，建立图像空间上的连续线索；映射关系建立步骤，依据连续线索，建立所述数字图像和所述数字图像所描述的三维空间支撑面之间的几何映射关系；计算步骤，给定所述数字图像上的任意一点，依据该点所在目标物对应的图像上的支撑点位置和所述几何映射关系，计算得到该点在三维空间中的点。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述构图线索抽取步骤具体为：在二维的所述数字图像上确定表述三维空间关系所需要的空间结构信息，包括确定画面内元素的倾斜方向，进而离散指定不同区域的标志性斜线，记录相应位置处斜线的斜率。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述构图线索抽取步骤中，通过插值的方式确定所述构图线索。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述连续线索建立步骤中，所述扩散是将离散区域的所述标志性斜线连续地扩展到全图。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述将离散区域的所述标志性斜线连续地扩散到全图具体为：对于每个像素，寻找其最近的斜线线索，采用插值方式确定该像素对应的地面倾斜斜率，从而确定此位置处的俯视角。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述映射关系建立步骤中，所述映射关系确立了所述数字图像和三维空间支撑面之间的投影几何，通过如下方式实现：在每个像素附近建立局部坐标系，依据该像素所处位置的俯仰角和平行投影确立该像素对应的三维空间支撑面上的点。

上述计算三维空间布局的方法，优选所述计算步骤中，通过所述局部坐标系和图像坐标系之间的关系、以及图像坐标系与三维空间坐标系之间的关系，计算像素在三维空间坐标系的位置。

另一方面，本发明还公开了一种基于散点透视图像计算三维空间布局的系统，包括：构图线索抽取模块，用于抽取数字图像的构图线索；连续线索建立模块，用于通过插值，扩散所述构图线索，建立图像空间上的连续线索；映射关系建立模块，用于依据连续线索，建立所述数字图像和所述数字图像所描述的三维空间支撑面之间的几何映射关系；计算模块，用于给定所述数字图像上的任意一点，依据该点所在目标物对应的图像上的支撑点位置和所述几何映射关系，计算得到该点在三维空间中的点。

上述计算三维空间布局的系统，优选所述构图线索抽取模块进一步用于：在二维的所述数字图像上确定表述三维空间关系所需要的空间结构信息，包括确定画面内元素的倾斜方向，进而离散指定不同区域的标志性斜线，记录相应位置处斜线的斜率。

上述计算三维空间布局的系统，优选所述连续线索建立模块中，通过插值的方式确定所述构图线索。

上述计算三维空间布局的系统，优选所述连续线索建立模块中，所述扩散是将离散区域的所述标志性斜线连续地扩展到全图。

上述计算三维空间布局的系统，优选所述将离散区域的所述标志性斜线连续地扩散到全图具体为：对于每个像素，寻找其最近的斜线线索，采用插值方式确定该像素对应的地面倾斜斜率，从而确定此位置处的俯视角。