当前位置: 首页 > news >正文

OpenCV实现求解单目相机位姿

        单目相机通过对极约束来求解相机运动的位姿。参考了ORBSLAM中单目实现的代码,这里用opencv来实现最简单的位姿估计.

 


mLeftImg = cv::imread(lImg, cv::IMREAD_GRAYSCALE);
mRightImg = cv::imread(rImg, cv::IMREAD_GRAYSCALE);
cv::Ptr<ORB> OrbLeftExtractor = cv::ORB::create();
cv::Ptr<ORB> OrbRightExtractor = cv::ORB::create();OrbLeftExtractor->detectAndCompute(mLeftImg, noArray(), mLeftKps, mLeftDes);
OrbRightExtractor->detectAndCompute(mRightImg, noArray(), mRightKps, mRightDes);
Ptr<DescriptorMatcher> matcher = DescriptorMatcher::create(DescriptorMatcher::BRUTEFORCE_HAMMING);
matcher->match(mLeftDes, mRightDes, mMatches);

 首先通过ORB特征提取,获取两幅图像的匹配度,我将其连线出来的效果:

 

RANSAC的算法原理可以google,很容易理解。先看看ORBSLAM中的实现:

bool Initializer::Initialize(const Frame &CurrentFrame, const vector<int> &vMatches12, cv::Mat &R21, cv::Mat &t21,vector<cv::Point3f> &vP3D, vector<bool> &vbTriangulated)
{// Fill structures with current keypoints and matches with reference frame// Reference Frame: 1, Current Frame: 2// Frame2 特征点mvKeys2 = CurrentFrame.mvKeysUn;// mvMatches12记录匹配上的特征点对mvMatches12.clear();mvMatches12.reserve(mvKeys2.size());// mvbMatched1记录每个特征点是否有匹配的特征点,// 这个变量后面没有用到,后面只关心匹配上的特征点mvbMatched1.resize(mvKeys1.size());// 步骤1:组织特征点对for(size_t i=0, iend=vMatches12.size();i<iend; i++){if(vMatches12[i]>=0){mvMatches12.push_back(make_pair(i,vMatches12[i]));mvbMatched1[i]=true;}elsemvbMatched1[i]=false;}// 匹配上的特征点的个数const int N = mvMatches12.size();// Indices for minimum set selection// 新建一个容器vAllIndices,生成0到N-1的数作为特征点的索引vector<size_t> vAllIndices;vAllIndices.reserve(N);vector<size_t> vAvailableIndices;for(int i=0; i<N; i++){vAllIndices.push_back(i);}// Generate sets of 8 points for each RANSAC iteration// **步骤2:在所有匹配特征点对中随机选择8对匹配特征点为一组,共选择mMaxIterations组 **// 用于FindHomography和FindFundamental求解// mMaxIterations:200mvSets = vector< vector<size_t> >(mMaxIterations,vector<size_t>(8,0));DUtils::Random::SeedRandOnce(0);for(int it=0; it<mMaxIterations; it++){vAvailableIndices = vAllIndices;// Select a minimum setfor(size_t j=0; j<8; j++){// 产生0到N-1的随机数int randi = DUtils::Random::RandomInt(0,vAvailableIndices.size()-1);// idx表示哪一个索引对应的特征点被选中int idx = vAvailableIndices[randi];mvSets[it][j] = idx;// randi对应的索引已经被选过了,从容器中删除// randi对应的索引用最后一个元素替换,并删掉最后一个元素vAvailableIndices[randi] = vAvailableIndices.back();vAvailableIndices.pop_back();}}// Launch threads to compute in parallel a fundamental matrix and a homography// 步骤3:调用多线程分别用于计算fundamental matrix和homographyvector<bool> vbMatchesInliersH, vbMatchesInliersF;float SH, SF; // score for H and Fcv::Mat H, F; // H and F// ref是引用的功能:http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/functional/ref// 计算homograpy并打分thread threadH(&Initializer::FindHomography,this,ref(vbMatchesInliersH), ref(SH), ref(H));// 计算fundamental matrix并打分thread threadF(&Initializer::FindFundamental,this,ref(vbMatchesInliersF), ref(SF), ref(F));// Wait until both threads have finishedthreadH.join();threadF.join();// Compute ratio of scores// 步骤4:计算得分比例,选取某个模型float RH = SH/(SH+SF);// Try to reconstruct from homography or fundamental depending on the ratio (0.40-0.45)// 步骤5:从H矩阵或F矩阵中恢复R,tif(RH>0.40)return ReconstructH(vbMatchesInliersH,H,mK,R21,t21,vP3D,vbTriangulated,1.0,50);else //if(pF_HF>0.6)return ReconstructF(vbMatchesInliersF,F,mK,R21,t21,vP3D,vbTriangulated,1.0,50);return false;
}

 

orbslam首先是从配对特征中随机迭代mMaxIterations次,每一次都从配对点中选出8个点用来计算homography和fundamental矩阵,都是用SVD来计算的,如下:

FindFundamental:


void Initializer::FindFundamental(vector<bool> &vbMatchesInliers, float &score, cv::Mat &F21)
{// Number of putative matchesconst int N = vbMatchesInliers.size();// 分别得到归一化的坐标P1和P2vector<cv::Point2f> vPn1, vPn2;cv::Mat T1, T2;Normalize(mvKeys1,vPn1, T1);Normalize(mvKeys2,vPn2, T2);cv::Mat T2t = T2.t();// Best Results variablesscore = 0.0;vbMatchesInliers = vector<bool>(N,false);// Iteration variablesvector<cv::Point2f> vPn1i(8);vector<cv::Point2f> vPn2i(8);cv::Mat F21i;vector<bool> vbCurrentInliers(N,false);float currentScore;// Perform all RANSAC iterations and save the solution with highest scorefor(int it=0; it<mMaxIterations; it++){// Select a minimum setfor(int j=0; j<8; j++){int idx = mvSets[it][j];vPn1i[j] = vPn1[mvMatches12[idx].first];vPn2i[j] = vPn2[mvMatches12[idx].second];}cv::Mat Fn = ComputeF21(vPn1i,vPn2i);F21i = T2t*Fn*T1;  //解除归一化// 利用重投影误差为当次RANSAC的结果评分currentScore = CheckFundamental(F21i, vbCurrentInliers, mSigma);if(currentScore>score){F21 = F21i.clone();vbMatchesInliers = vbCurrentInliers;score = currentScore;}}
}

通过ComputeF21计算本质矩阵,

cv::Mat Initializer::ComputeF21(const vector<cv::Point2f> &vP1,const vector<cv::Point2f> &vP2)
{const int N = vP1.size();cv::Mat A(N,9,CV_32F); // N*9for(int i=0; i<N; i++){const float u1 = vP1[i].x;const float v1 = vP1[i].y;const float u2 = vP2[i].x;const float v2 = vP2[i].y;A.at<float>(i,0) = u2*u1;A.at<float>(i,1) = u2*v1;A.at<float>(i,2) = u2;A.at<float>(i,3) = v2*u1;A.at<float>(i,4) = v2*v1;A.at<float>(i,5) = v2;A.at<float>(i,6) = u1;A.at<float>(i,7) = v1;A.at<float>(i,8) = 1;}cv::Mat u,w,vt;cv::SVDecomp(A,w,u,vt,cv::SVD::MODIFY_A | cv::SVD::FULL_UV);cv::Mat Fpre = vt.row(8).reshape(0, 3); // v的最后一列cv::SVDecomp(Fpre,w,u,vt,cv::SVD::MODIFY_A | cv::SVD::FULL_UV);w.at<float>(2)=0; // 秩2约束,将第3个奇异值设为0 //强迫约束return  u*cv::Mat::diag(w)*vt;
}

 

看到用的是线性SVD解。

通过重投影来评估本质矩阵的好坏。


float Initializer::CheckFundamental(const cv::Mat &F21, vector<bool> &vbMatchesInliers, float sigma)
{const int N = mvMatches12.size();const float f11 = F21.at<float>(0,0);const float f12 = F21.at<float>(0,1);const float f13 = F21.at<float>(0,2);const float f21 = F21.at<float>(1,0);const float f22 = F21.at<float>(1,1);const float f23 = F21.at<float>(1,2);const float f31 = F21.at<float>(2,0);const float f32 = F21.at<float>(2,1);const float f33 = F21.at<float>(2,2);vbMatchesInliers.resize(N);float score = 0;// 基于卡方检验计算出的阈值(假设测量有一个像素的偏差)const float th = 3.841;  //置信度95%,自由度1const float thScore = 5.991;//置信度95%,自由度2const float invSigmaSquare = 1.0/(sigma*sigma);for(int i=0; i<N; i++){bool bIn = true;const cv::KeyPoint &kp1 = mvKeys1[mvMatches12[i].first];const cv::KeyPoint &kp2 = mvKeys2[mvMatches12[i].second];const float u1 = kp1.pt.x;const float v1 = kp1.pt.y;const float u2 = kp2.pt.x;const float v2 = kp2.pt.y;// Reprojection error in second image// l2=F21x1=(a2,b2,c2)// F21x1可以算出x1在图像中x2对应的线lconst float a2 = f11*u1+f12*v1+f13;const float b2 = f21*u1+f22*v1+f23;const float c2 = f31*u1+f32*v1+f33;// x2应该在l这条线上:x2点乘l = 0 const float num2 = a2*u2+b2*v2+c2;const float squareDist1 = num2*num2/(a2*a2+b2*b2); // 点到线的几何距离 的平方const float chiSquare1 = squareDist1*invSigmaSquare;if(chiSquare1>th)bIn = false;elsescore += thScore - chiSquare1;// Reprojection error in second image// l1 =x2tF21=(a1,b1,c1)const float a1 = f11*u2+f21*v2+f31;const float b1 = f12*u2+f22*v2+f32;const float c1 = f13*u2+f23*v2+f33;const float num1 = a1*u1+b1*v1+c1;const float squareDist2 = num1*num1/(a1*a1+b1*b1);const float chiSquare2 = squareDist2*invSigmaSquare;if(chiSquare2>th)bIn = false;elsescore += thScore - chiSquare2;if(bIn)vbMatchesInliers[i]=true;elsevbMatchesInliers[i]=false;}return score;
}

最后回到Initializer::Initialize,将单映矩阵和本质矩阵的得分进行比对,选出最合适的,就求出RT了。

ORBSLAM2同时考虑了单应和本质,SLAM14讲中也说到,工程实践中一般都讲两者都计算出来选择较好的,不过效率上会影响比较多感觉。

opencv实现就比较简单了,思路和上面的类似,只是现在只考虑本质矩阵。在之前获取到特征点之后,

/*add ransac method for accurate match*/vector<Point2f> vLeftP2f;vector<Point2f> vRightP2f;for(auto& each:mMatches){vLeftP2f.push_back(mLeftKps[each.queryIdx].pt);vRightP2f.push_back(mRightKps[each.trainIdx].pt);}vector<unsigned char> vTemp(vLeftP2f.size());/*计算本质矩阵,用RANSAC*/Mat transM = findEssentialMat(vLeftP2f, vRightP2f, cameraMatrix,RANSAC, 0.999, 1.0, vTemp);vector<DMatch> optimizeM;for(int i = 0; i < vTemp.size(); i++){if(vTemp[i]){optimizeM.push_back(mMatches[i]);}}mMatches.swap(optimizeM);cout << transM<<endl;Mat optimizeP;drawMatches(mLeftImg, mLeftKps, mRightImg, mRightKps, mMatches, optimizeP);imshow("output5", optimizeP);

看下结果:

图片

 确实效果好多了,匹配准确度比之前的要好,之后我们就可以通过这个本质矩阵来计算RT了。

Mat R, t, mask;
recoverPose(transM, vLeftP2f, vRightP2f, cameraMatrix, R, t, mask);

一个接口搞定。最后我们可以通过验证对极约束,来看看求出的位姿是否准确。

定义检查函数:

Mat cameraMatrix = (Mat_<double>(3,3) << CAM_FX, 0.0, CAM_CX, 0.0, CAM_FY, CAM_CY, 0.0, 0.0, 1.0);bool epipolarConstraintCheck(Mat CameraK, vector<Point2f>& p1s, vector<Point2f>& p2s, Mat R, Mat t){for(int i = 0; i < p1s.size(); i++){Mat y1 = (Mat_<double>(3,1)<<p1s[i].x, p1s[i].y, 1);Mat y2 = (Mat_<double>(3,1)<<p2s[i].x, p2s[i].y, 1);//T 的凡对称矩阵Mat t_x = (Mat_<double>(3,3)<< 0, -t.at<double>(2,0), t.at<double>(1,0),t.at<double>(2,0), 0, -t.at<double>(0,0),-t.at<double>(1,0),t.at<double>(0,0),0);Mat d = y2.t() * cameraMatrix.inv().t() * t_x * R * cameraMatrix.inv()* y1;cout<<"epipolar constraint = "<<d<<endl;}}

最后可以看到结果都是趋近于0的,证明位姿还是比较准确的。

相关文章:

OpenCV实现求解单目相机位姿

单目相机通过对极约束来求解相机运动的位姿。参考了ORBSLAM中单目实现的代码&#xff0c;这里用opencv来实现最简单的位姿估计. mLeftImg cv::imread(lImg, cv::IMREAD_GRAYSCALE); mRightImg cv::imread(rImg, cv::IMREAD_GRAYSCALE); cv::Ptr<ORB> OrbLeftExtractor …...

深入解析PostgreSQL:命令和语法详解及使用指南

文章目录 摘要引言基本操作安装与配置连接和退出 数据库操作创建数据库删除数据库切换数据库 表操作创建表删除表插入数据查询数据更新数据删除数据 索引和约束创建索引创建约束 用户管理创建用户授权用户修改用户密码 备份和恢复备份数据库恢复数据库 高级特性结语参考文献 摘…...

Elasticsearch数据搜索原理

Elasticsearch 是一个开源的、基于 Lucene 的分布式搜索和分析引擎&#xff0c;设计用于云计算环境中&#xff0c;能够实现实时的、可扩展的搜索、分析和探索全文和结构化数据。它具有高度的可扩展性&#xff0c;可以在短时间内搜索和分析大量数据。 Elasticsearch 不仅仅是一个…...

vue模版语法-{{}}/v-text/v-html/v-once

一、{{}}双括号&#xff1a;用于文本渲染 1、 {{变量名}}:data中返回对象的变量名 2、{{js表达式}}:可以直接进行js表达式处理 3、注意&#xff1a;双大括号中不要写等式书写 二、v-text 指令&#xff0c;用于文本渲染 1、为了解决双大括号渲染数据出现闪烁问题 三、v-cloak …...

前端埋点上传

没事看看&#xff1a; 从用户行为到数据&#xff1a;数据采集全景解析 | 人人都是产品经理 搭建前端监控&#xff0c;采集用户行为的 N 种姿势-前端监控设备 创业公司做数据分析&#xff08;三&#xff09;用户行为数据采集系统-CSDN博客...

第11章 Redis(一)

11.1 谈谈你对Redis的理解 难度:★★★ 重点:★★ 白话解析 对Redis的理解无非从三个方面去说一说:背景,是什么,特性。 背景:数据直接存磁盘太慢了,虽然MySQL用到了BufferPool等缓存,但是为了保证数据不丢失,MySQL采用的RedoLog依然要直接写磁盘。所以,数据的存储就…...

freertos信号量之二值信号量

freertos信号量之二值信号量 简介例程 简介 FreeRTOS的二值信号量&#xff08;Binary Semaphore&#xff09;是用于实现进程间同步和临界资源保护的重要工具。以下是一些二值信号量的常用函数及其说明&#xff1a; 1&#xff09;xSemaphoreCreateBinary() 创建一个二值信号量…...

notepad++ 如何去除换行

选中下方的“扩展” “查找目标”输入&#xff1a;\r\n&#xff0c;替换为:空白 最后全部替换。...

PPT NO.2 ​插入透明校徽

插入透明校徽&#xff1a; ①先下载一个校徽&#xff1a; ​ ②用矢量网站转换一下&#xff0c;这个免费的&#xff0c;很多其他的要钱钱&#xff1a; 位图转矢量图,JPG转矢量,PNG转矢量,GIF转矢量,BMP转矢量 - 在线工具 - 字客网 (fontke.com) 转换完了如下&#xff1a; 打…...

Linux系统部署PostgreSQL 单机数据库

安装方式 1 安装包方式 &#xff08;Packages and Installers&#xff09; 支持的操作系统包括 liunxMacosWindowsBSDSolaris 2 源码安装 &#xff08;Source code&#xff09; 下载源码包 通过下载地址PostgreSQL: File Browser 可以看到有各个版本的源码目录 选择13.1…...

好用的办公摸鱼神器

http://t.chaojizhu.cn/fawork/Down?uid180819...

手写Java序列化工具

一、思考 假设给一个java bean&#xff0c;让你按照 json 的格式打印出来&#xff0c;你会怎么做&#xff1f; 比如这个java bean 长这样&#xff0c;并且创建了一个叫宝儿姐的朋友 package com.test;public class User {private String name;private Integer age;private Bi…...

mysql面试题26:MySQL中什么是MVCC,它的底层原理是什么

该文章专注于面试,面试只要回答关键点即可,不需要对框架有非常深入的回答,如果你想应付面试,是足够了,抓住关键点 面试官:什么是MVCC,它的底层原理是什么? MVCC(Multi-Version Concurrency Control)是一种并发控制机制,用于在数据库中实现并发事务的隔离性和一致性…...

SQL进阶 - SQL的编程规范

性能优化是一个很有趣的探索方向&#xff0c;将耗时耗资源的查询优化下来也是一件很有成就感的事情&#xff0c;但既然编程是一种沟通手段&#xff0c;那每一个数据开发者就都有义务保证写出的代码逻辑清晰&#xff0c;具有很好的可读性。 目录 引子 小试牛刀 答案 引言 …...

[NISACTF 2022]babyserialize - 反序列化+waf绕过【*】

[NISACTF 2022]babyserialize 一、解题过程二、思考总结&#xff08;一&#xff09;、关于题目的小细节&#xff08;二&#xff09;、关于弱类型比较技巧 一、解题过程 题目代码&#xff1a; <?php include "waf.php"; class NISA{public $fun"show_me_fl…...

docker部署Vaultwarden密码共享管理系统

Vaultwarden是一个开源的密码管理器&#xff0c;它是Bitwarden密码管理器的自托管版本。它提供了类似于Bitwarden的功能&#xff0c;允许用户安全地存储和管理密码、敏感数据和身份信息。 Vaultwarden的主要特点包括&#xff1a; 1. 安全的数据存储&#xff1a;Vaultwarden使…...

低代码开发技术选型

低代码的技术路径 低代码开发低代码开发优势低代码的技术路径1.表格驱动2.表单驱动3.数据模型4.领域模型 低代码的核心能力企业级低代码开发平台的11项关键能力低代码平台的流程引擎选型低代码平台的流程设计器选型低代码平台的表单设计器选型低代码平台的Vue.js 框架选型 低代…...

在vue2中,v-model和.sync的区别

最近在封装一个弹窗组件时&#xff0c;用了比较复杂的逻辑去做显示和隐藏的逻辑&#xff0c;在查看同事的代码之后&#xff0c;才知道还有更简单的方法&#xff0c;自己已经忘了一些API. popup组件里统一的template&#xff1a; <div v-ifisShowPopup> // 弹窗内容 <…...

nginx 配置

一、nginx安装 下载地址&#xff1a;http://nginx.org/en/download.html&#xff0c;和Keepalived搭配使用&#xff0c;防止nginx挂掉 二、nginx配置 ########### 每个指令必须有分号结束。################# #user administrator administrators; #配置用户或者组&#xf…...

【计算机视觉|人脸建模】学习从图像中回归3D面部形状和表情而无需3D监督

本系列博文为深度学习/计算机视觉论文笔记&#xff0c;转载请注明出处 标题&#xff1a;Learning to Regress 3D Face Shape and Expression from an Image without 3D Supervision 链接&#xff1a;[1905.06817] Learning to Regress 3D Face Shape and Expression from an I…...

突破不可导策略的训练难题:零阶优化与强化学习的深度嵌合

强化学习&#xff08;Reinforcement Learning, RL&#xff09;是工业领域智能控制的重要方法。它的基本原理是将最优控制问题建模为马尔可夫决策过程&#xff0c;然后使用强化学习的Actor-Critic机制&#xff08;中文译作“知行互动”机制&#xff09;&#xff0c;逐步迭代求解…...

Unity3D中Gfx.WaitForPresent优化方案

前言 在Unity中&#xff0c;Gfx.WaitForPresent占用CPU过高通常表示主线程在等待GPU完成渲染&#xff08;即CPU被阻塞&#xff09;&#xff0c;这表明存在GPU瓶颈或垂直同步/帧率设置问题。以下是系统的优化方案&#xff1a; 对惹&#xff0c;这里有一个游戏开发交流小组&…...

【力扣数据库知识手册笔记】索引

索引 索引的优缺点 优点1. 通过创建唯一性索引&#xff0c;可以保证数据库表中每一行数据的唯一性。2. 可以加快数据的检索速度&#xff08;创建索引的主要原因&#xff09;。3. 可以加速表和表之间的连接&#xff0c;实现数据的参考完整性。4. 可以在查询过程中&#xff0c;…...

【Java学习笔记】Arrays类

Arrays 类 1. 导入包&#xff1a;import java.util.Arrays 2. 常用方法一览表 方法描述Arrays.toString()返回数组的字符串形式Arrays.sort()排序&#xff08;自然排序和定制排序&#xff09;Arrays.binarySearch()通过二分搜索法进行查找&#xff08;前提&#xff1a;数组是…...

CentOS下的分布式内存计算Spark环境部署

一、Spark 核心架构与应用场景 1.1 分布式计算引擎的核心优势 Spark 是基于内存的分布式计算框架&#xff0c;相比 MapReduce 具有以下核心优势&#xff1a; 内存计算&#xff1a;数据可常驻内存&#xff0c;迭代计算性能提升 10-100 倍&#xff08;文档段落&#xff1a;3-79…...

江苏艾立泰跨国资源接力:废料变黄金的绿色供应链革命

在华东塑料包装行业面临限塑令深度调整的背景下&#xff0c;江苏艾立泰以一场跨国资源接力的创新实践&#xff0c;重新定义了绿色供应链的边界。 跨国回收网络&#xff1a;废料变黄金的全球棋局 艾立泰在欧洲、东南亚建立再生塑料回收点&#xff0c;将海外废弃包装箱通过标准…...

DBAPI如何优雅的获取单条数据

API如何优雅的获取单条数据 案例一 对于查询类API&#xff0c;查询的是单条数据&#xff0c;比如根据主键ID查询用户信息&#xff0c;sql如下&#xff1a; select id, name, age from user where id #{id}API默认返回的数据格式是多条的&#xff0c;如下&#xff1a; {&qu…...

土地利用/土地覆盖遥感解译与基于CLUE模型未来变化情景预测;从基础到高级,涵盖ArcGIS数据处理、ENVI遥感解译与CLUE模型情景模拟等

&#x1f50d; 土地利用/土地覆盖数据是生态、环境和气象等诸多领域模型的关键输入参数。通过遥感影像解译技术&#xff0c;可以精准获取历史或当前任何一个区域的土地利用/土地覆盖情况。这些数据不仅能够用于评估区域生态环境的变化趋势&#xff0c;还能有效评价重大生态工程…...

Unsafe Fileupload篇补充-木马的详细教程与木马分享(中国蚁剑方式)

在之前的皮卡丘靶场第九期Unsafe Fileupload篇中我们学习了木马的原理并且学了一个简单的木马文件 本期内容是为了更好的为大家解释木马&#xff08;服务器方面的&#xff09;的原理&#xff0c;连接&#xff0c;以及各种木马及连接工具的分享 文件木马&#xff1a;https://w…...

深度学习习题2

1.如果增加神经网络的宽度&#xff0c;精确度会增加到一个特定阈值后&#xff0c;便开始降低。造成这一现象的可能原因是什么&#xff1f; A、即使增加卷积核的数量&#xff0c;只有少部分的核会被用作预测 B、当卷积核数量增加时&#xff0c;神经网络的预测能力会降低 C、当卷…...