三維圖形庫(kù)下的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法分析

徐煒文

（英國(guó)利物浦大學(xué) 英國(guó)利物浦市 L693BX）

三維圖形庫(kù)下的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法分析

徐煒文

（英國(guó)利物浦大學(xué) 英國(guó)利物浦市 L693BX）

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，我國(guó)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，這也在一定程度上促進(jìn)了人工智能技術(shù)以及圖像工程等技術(shù)的革新。作為當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，三維圖形庫(kù)下的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法研究對(duì)計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展有著重要的意義與價(jià)值。本文主要通過(guò)對(duì)四種計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法進(jìn)行分析，進(jìn)一步探討了三維圖像的虛擬算法研究。

三維圖形；計(jì)算機(jī)；視覺(jué)算法

在當(dāng)前三維圖形技術(shù)的高科技應(yīng)用背景下，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的快速發(fā)展進(jìn)一步縮小了真實(shí)世界與虛擬世界的差距。計(jì)算機(jī)視覺(jué)是通過(guò)相機(jī)系統(tǒng)完成目標(biāo)識(shí)別，并對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)境目標(biāo)進(jìn)行跟蹤和三維重建，三維圖像庫(kù)是建立在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的一種圖形庫(kù)函數(shù)，目前，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法正處在相對(duì)發(fā)展成熟階段，能夠從虛擬環(huán)境中獲得相應(yīng)的算法信息，并逐步完成圖像的渲染和完善[1]。由于在真實(shí)環(huán)境下獲取光照、環(huán)境顏色、玻璃反光等數(shù)據(jù)信息較為困難，而借助于三維圖像庫(kù)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)連接輸入端和輸出端，依據(jù)所獲得的虛擬環(huán)境信息實(shí)現(xiàn)圖像處理。

1 同步多相機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)定

相機(jī)標(biāo)定是建立在相機(jī)的數(shù)學(xué)模型參數(shù)基礎(chǔ)之上的，通常可以采用一個(gè)3×4的相機(jī)矩陣P表示，P=A【RT】，其中A表示3×3的相機(jī)內(nèi)參矩陣，R表示3×3的3D旋轉(zhuǎn)矩陣，T表示3×1平移向量，，其中ax，ay表示相機(jī)焦距，u0、v0表示圖像中坐標(biāo)，r表示像素的歪斜系數(shù)，通過(guò)相機(jī)標(biāo)定算法聯(lián)合系數(shù)匹配，計(jì)算出相機(jī)的矩陣值。

仿真研究中往往需要搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)造合適的虛擬場(chǎng)景，將運(yùn)動(dòng)中的人物、動(dòng)態(tài)物體、靜態(tài)物體、光源等作為虛擬場(chǎng)景的部分，并將屏幕得到的圖像渲染進(jìn)行處理。在計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法中，可以假設(shè)所有的相機(jī)矩陣均為未知，根據(jù)算法的不同，其虛擬環(huán)境的搭建也存在一定差異。計(jì)算機(jī)算法主要根據(jù)同步相機(jī)組的圖像，在多視幾何原理的基礎(chǔ)上完成多相機(jī)標(biāo)定。作為相機(jī)組點(diǎn)光源的同步視頻輸入[2]。

2 Visual Hull目標(biāo)三維重建算法

Visual Hull是建立在二值圖像中的3D重建算法，通過(guò)將空間切分為M×N×K（其中M、N、K均為正整數(shù)）的長(zhǎng)方體，根據(jù)長(zhǎng)方體在相機(jī)矩陣P中的投影，獲得相應(yīng)的二值圖像。該計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的輸入信息包括所有相機(jī)矩陣計(jì)算值及相應(yīng)的二值圖像數(shù)據(jù)。在三維圖形庫(kù)OpenGL中，在除去圖像紋理后，可以較為置管的獲得相機(jī)的二值圖像。

3 視覺(jué)圖像顯示的連續(xù)幀差法

所謂連續(xù)幀差法主要是指在對(duì)視頻圖像運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行提取與計(jì)算的過(guò)程中，計(jì)算出當(dāng)前幀圖像與前一幀圖像的差值，并以此確定運(yùn)動(dòng)區(qū)域，其能夠使運(yùn)動(dòng)區(qū)域背景保持不變的狀態(tài)，而對(duì)于非運(yùn)動(dòng)區(qū)域的背景則可以采用當(dāng)前幀實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新，在迭代作用下，對(duì)背景進(jìn)行提取。首先，原始圖像B0可以采用第一幀圖像I0進(jìn)行表示，將迭代參數(shù)設(shè)置為i= 1，所求為前幀與前一幀的差分二值圖像，即BW1，其具體計(jì)算方法為：其中當(dāng)前幀與前一幀圖像分別采用Ii與Ii-1表示，幀間差分則為ads（Ik-Ii-1）表示，幀間差分圖像的灰度直方圖用T表示，即最大峰值右側(cè)1/10對(duì)應(yīng)的灰度值。然后通過(guò)二值圖像對(duì)背景進(jìn)行更新，其具體計(jì)算方法為：，其中Bi（x，y），BWi（x，y）表示兩圖像在坐標(biāo)中的位置，將更新速度系數(shù)確定為0.1。設(shè)置條件i=i+1，然后將其代入BWi進(jìn)行迭代計(jì)算，達(dá)到一定數(shù)量后，結(jié)束迭代，將B1設(shè)置為提取背景。

4 基于同步多相機(jī)系統(tǒng)的人體動(dòng)作捕獲

人體動(dòng)作的捕獲在單一圖像中的呈現(xiàn)較為苦難，但是采用以骨架模型運(yùn)動(dòng)為主的動(dòng)作重建模式能夠構(gòu)建多路同步圖像[3]。通過(guò)對(duì)搜集不同時(shí)間圖像組資料，骨架模型的運(yùn)動(dòng)隨著時(shí)間的變化逐漸運(yùn)動(dòng)。多相機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)主要依賴(lài)于兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式：①通過(guò)在人體貼上反光的標(biāo)志，采用紅外相機(jī)系統(tǒng)記錄反光標(biāo)志的運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，采用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)一步分析各個(gè)相機(jī)在不同時(shí)間捕獲的運(yùn)動(dòng)標(biāo)志，并通過(guò)算法重建進(jìn)一步構(gòu)建骨架運(yùn)動(dòng)模型。②骨架運(yùn)動(dòng)的重建模型算法也可以依據(jù)于不帶反光標(biāo)志的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于該計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法，應(yīng)從各個(gè)相機(jī)的數(shù)據(jù)資料記錄中，經(jīng)圖像預(yù)處理而收集需要用到的圖像特征，通過(guò)通過(guò)圖像的特征變化，進(jìn)一步完成圖像測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)骨架模型的重建。

該三維圖像庫(kù)下的計(jì)算機(jī)視覺(jué)仿真研究中，采用多空間校對(duì)拍攝，將相機(jī)組能夠拍到的空間都設(shè)置為工作空間，如圖1，該圖表示實(shí)驗(yàn)環(huán)境的仿真系統(tǒng)，上下兩列表示相機(jī)第3真的圖像。在游戲引擎Ogre的仿真過(guò)程中，設(shè)置六臺(tái)虛擬相機(jī)的環(huán)境搭建，并將其焦點(diǎn)設(shè)置為相機(jī)目標(biāo)的中心，常采用引擎中的骨痂動(dòng)畫(huà)模型進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)虛擬場(chǎng)景和虛擬人物的運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄。

圖1 虛擬同步多相機(jī)系統(tǒng)

綜上所述，基于開(kāi)放式的三維圖像庫(kù)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的虛擬場(chǎng)景和相機(jī)參數(shù)都是一致的，能夠?yàn)樗惴ㄝ斎胩峁┹^為可靠的數(shù)據(jù)支持，三維圖形庫(kù)下的計(jì)算機(jī)算法成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究的一個(gè)重點(diǎn)，其不僅是對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)仿真研究的理論分析，更是對(duì)視頻與圖像處理技術(shù)的實(shí)踐探究，有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1]陳坤.基于立體視覺(jué)的三維重建理論與算法研究[D].南昌航空大學(xué)，2011.

[2]姜大志，郁倩.計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的設(shè)備標(biāo)定和三維圖形重構(gòu)綜述[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001，37（13）：53～55.

[3]Domingo，Mery，李亞寧.X射線檢測(cè)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)成像，系統(tǒng)，圖像數(shù)據(jù)庫(kù)和算法[J].國(guó)外科技新書(shū)評(píng)介，2016，13（2）：9～10.

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1004-7344（2016）29-0257-01

2016-9-25