(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210654167.4 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 大连海事大学 地址 116026 辽宁省大连市高新园区凌海 路1号 (72)发明人 张佳宁　胡洛铭　辛翔宇　张乙　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 李洪福 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 7/80(2017.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于数值模拟的船行波三维重构中的 相机布局方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于数值模拟的船行波 三维重构中的相机布局方法， 涉及船舶海洋工程 领域， 包括如下步骤： 通过对物理引擎中的虚拟 相机进行参数化定义， 得到单个虚拟相机位姿的 数学模型， 将单个虚拟相机位姿的数学模型为多 架相机进行统一定义， 得到参数化的相机布局数 学模型； 针对 所述相机布局的数学模 型以及机布 局视差角， 结合改变视距时相机布局对船行波稀 疏重构以及稠密重构的影响， 得到相机布局方 案。 本发明对 单个相机的位姿进行了参数化定义 并建立了统一的数学模型描述多个相机的布局， 基于该相机布局得到了较优质的相机布局方案， 该相机布局方案下船行波三维重构的准确度以 及空间点数量得到 了明显提升 。 权利要求书1页 说明书5页 附图7页 CN 115115703 A 2022.09.27 CN 115115703 A 1.一种基于数值模拟的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 通过对物理引擎中的虚拟相机进行参数化定义， 得到单个虚拟相机位姿的数学模型， 将单个虚拟相机位姿的数学模型为多架相机进行 统一定义， 得到参数化的相机布局数学模 型； 针对所述相机布局的数学模型， 结合改变视差角时相机布局对船行波稀疏重构以及稠 密重构的影响， 得到最优视 差角； 针对所述相机布局的数学模型以及机布局视差角， 结合改变视距时相机布局对船行波 稀疏重构以及稠密重构的影响， 得到相机布局方案 。 2.根据权利要求1所述的基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征 在于， 所述相机布局数 学模型的获取步骤为： 参数化定义， 针对物 理引擎中的一个虚拟相机， 选用动态欧拉角数学模型， 定义局部坐 标系， 所述虚拟相 机位于局部坐标系原点为球心的球面上， 所述虚拟相 机的主光轴通过原 点， 所述虚拟相 机的位置用坐标轴的动态欧拉旋转角表示， 得到单个虚拟相 机位姿的数学 模型； 对所有虚拟相机进行参数化定义， 得到所有虚拟相机的位姿数学模型， 在所有虚拟相 机的位姿 数学模型中使多架虚拟相机在同一球面上较均匀地分布， 视差角以及视距来表示 相机布局， 得到参数化的相机布局数 学模型。 3.根据权利要求1所述的基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征 在于， 所述相机布局视 差角的获取步骤为： 改变所述相机布局数学模型的视差角， 得到变视差角时相机布局对船行波稀疏重构的 影响结果； 通过视差角判定法， 对所述视差角对船行波稀疏重构的影响结果进行判定， 得到稀疏 重构的视 差角变化范围； 对所述视差角变化范围进行进一步稠密重构， 对比分析稠密重构时场景的完整性以及 杂点的分布， 得到最优视 差角。 4.根据权利要求1所述的基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征 在于， 所述相机布局视距的获取步骤为： 针对所述相机布局数学模型以及最优视差角， 不断改变所述相机布局数学模型的视 距， 得到变视距时相机布局对船 行波稀疏重构的影响结果； 通过视距判定法， 对所述变视距对船行波稀疏重构的影响结果进行判定， 得到稀疏重 构的视距变化范围； 对所述视距变化范围进行进一步稠密重构， 对比分析稠密重构时场景完整性以及杂点 的分布， 得到最优视距， 结合所述 最优视差角， 输出最终的相机布局方案 。 5.根据权利要求3所述的基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征 在于， 所述视差角判定法为： 选取空间点多的同时重投影误差少的视差角作为视差角变化 范围。 6.根据权利要求4所述的基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方法， 其特征 在于， 所述视距判定法为： 选取空间点多的同时重投影误差少的视距作为视距变化范围。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115115703 A 2一种基于数值模拟 的船行波三维重构中的相机布局方 法 技术领域 [0001]本发明涉及船舶海洋工程领域， 具体而言， 尤其涉及一种基于数值模拟的船行波 三维重构中的相机布局方法。 背景技术 [0002]在三维重构的过程中， 相机布局反映了单个相机拍摄目标物体时的位置姿态以及 多个相机之间的相对姿态。 相机布局是影响三 维重构的关键因素， 相同条件下， 合理的相机 布局可以得到准确度更高的重构结果。 [0003]现有的技术对船行波数值模拟得到的图像进行了与相机拍摄顺序无关的稀疏重 构以及计算深度图并融合成整体的稠密重构， 得到了较逼真的重构结果， 还原了船行波的 波形特征。 [0004]但是， 目前并未运用参数化的数学模型描述相机布局并进行优化， 因此容易出现 在同样的相机数量下由于拍摄方式不固定而导致难以稳定地控制三 维重构的质量， 或者由 于相机的位姿不 合理而导 致特征匹配数量过少难以执 行准确的三角测量 等情况。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明的目的在于提出一种基于数值模拟的船行波三维重构中的相机 布局方法， 通过在物理引擎中搭建立体视觉仿 真环境， 对粘流CFD数值模拟得到的船行波三 维波面进行了船行波多视角稀疏重构以及基于深度图融合的船行波稠密重构， 在此基础 上， 研究了不同的相 机布局对船行波三维重构的影响。 解决了现有技术下船行波三维重构 中缺乏对相机布局方案的研究， 实现了相机布局参数化， 对不同相机布局进行了横向对比， 明显地提高了相机布局的合理性以及船 行波三维重构的准确性。 [0006]本发明采用的技 术手段如下： [0007]一种基于数值模拟的船 行波三维重构中的相机布局方法， 包括如下步骤： [0008]通过对物理引擎中的虚拟相机进行参数化定义， 得到单个虚拟相机位姿的数学模 型， 将单个虚拟相 机位姿的数学模型为多架相 机进行统一定义， 得到参数化的相 机布局数 学模型； [0009]针对所述相机布局的数学模型， 结合改变视差角时相机布局对船行波稀疏重构以 及稠密重构的影响， 得到最优视 差角； [0010]针对所述相机布局的数学模型以及机布局视差角， 结合改变视距时相机布局对船 行波稀疏重构以及稠密重构的影响， 得到相机布局方案 。 [0011]进一步地， 所述相机布局数 学模型的获取步骤为： [0012]参数化定义， 针对物理引擎中的一个虚拟相机， 选用动 态欧拉角数学模型， 定义局 部坐标系， 所述虚拟相 机位于局部坐标系原点为球心的球面上， 所述虚拟相 机的主光轴通 过原点， 所述虚拟相 机的位置用坐标轴的动态欧拉旋转角表示， 得到单个虚拟相 机位姿的 数学模型；说　明　书 1/5 页 3 CN 115115703 A 3