基于多视角投影的物体对称轴检测方法及系统与流程

本发明涉及图像处理，特别涉及基于多视角投影的物体对称轴检测方法及系统。

背景技术：

1、在3d领域中，物体的对称轴检测是评估其朝向与展示效果的关键指标。正确识别对称轴不仅有助于精确定位物体的方向，还能在用户旋转物体以多角度观察时，提供更为流畅和逼真的视觉体验。对称轴的特性主要包括：其一，物体绕此轴旋转时，其形态应保持不变，避免左右偏移；其二，旋转过程中，物体需维持直立向上的姿态。

2、现有技术中，例如中国专利cn105184830b公开了一种对称图像对称轴检测定位方法，通过边缘提取、梯度计算和hough变换等步骤来定位对称轴，但该方法在边缘点中垂线的选择上精度有限，进而影响最终结果的准确性。

3、中国专利cn106780528b公开了基于边缘线匹配的图像对称轴检测方案，尽管该方法适用于图像处理，但在面对3d物体对称轴检测时，其效率较低且边缘匹配的不稳定性限制了其应用范围。

4、中国专利cn108010036b公开了一种基于rgb-d相机的物体对称轴检测方法，通过构建点云并以质心为中心定位候选对称平面，进而分析点云分布来评估对称性。然而，该方法在点云分布不均时面临挑战，因为质心可能并非物体的真实几何中心，且点云数量的差异并不总能准确反映物体的对称特性，即便在分布均匀的情况下，也存在局限性。

5、综上所述，对于单张图像进行对称轴检测，传统方法多聚焦于提取显著的特征点或边缘线，并通过这些特征的匹配来估算对称轴；然而，这些方法存在局限性：特征点匹配方法易受到图像中特征点稀缺或误识别的影响，导致检测失败；而边缘线匹配方法则可能因边缘复杂性或模糊性而无法有效匹配，限制了其通用性。对于3d物体对称轴的确定，一些现有算法采用基于点云数量的简单统计或暴力搜索方法，尽管操作直接，但精度往往不足，难以满足我们特定场景中的高精度需求；此外，还有算法假设点云数据本身就是对称的，这在实际应用中是一大限制，在现实世界中的物体很可能是非对称的，这样的前提假设限制了算法的适用范围。

6、因此，如何提供基于多视角投影的物体对称轴检测方法及系统，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了基于多视角投影的物体对称轴检测方法及系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

2、为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

3、根据本发明实施例的第一方面，提供了基于多视角投影的物体对称轴检测方法。

4、在一个实施例中，基于多视角投影的物体对称轴检测方法，该方法包括：

5、利用平面检测法，获取物体所在平面法向；

6、利用获取多视角的图片对物体进行三维重建，得到物体的面片表达；

7、对物体的面片进行处理，计算物体质心的三维坐标，并结合平面法向，确定备选对称轴；

8、遍历备选对称轴，通过渲染多视角的图片，选取最佳对称轴。

9、在一个实施例中，所述利用平面检测法，获取物体所在平面法向包括：

10、对物体进行平面检测，并基于物体平面检测结果预设若干组拍摄点位；

11、利用预设的拍摄点位对物体进行拍摄，获取多视角的图片；

12、基于多视角的图片，得到物体所在平面法向。

13、在一个实施例中，所述对物体的面片进行处理，计算物体质心的三维坐标，并结合平面法向，确定备选对称轴包括：

14、利用光度测量软件，计算每张图片对应的相机参数；

15、对每张图片进行图像分割，并结合开源计算机视觉库，提取分割图像中的物体轮廓；

16、基于分割图像中的物体轮廓，计算每个轮廓所代表物体面片质心的像素坐标；

17、根据物体面片质心的像素坐标与相机参数，利用最小二乘法计算物体质心的三维坐标；

18、结合物体质心的三维坐标与平面法向，确定备选对称轴。

19、在一个实施例中，所述基于分割图像中的物体轮廓，计算每个轮廓所代表物体面片质心的像素坐标包括：

20、根据分割图像中的物体轮廓，计算每个物体轮廓的面积；

21、基于每个物体轮廓的面积，获取轮廓点的横轴一阶矩及纵轴一阶矩；

22、综合物体轮廓的面积、轮廓点的横轴一阶矩及纵轴一阶矩，得到面片的质心的像素坐标。

23、在一个实施例中，所述根据物体面片质心的像素坐标与相机参数，利用最小二乘法计算物体质心的三维坐标的计算公式包括：

24、

25、式中， c表示4*4的矩阵； k表示相机内参数； m表示相机外参数； c ij表示第i行j列的值； n表示图片的数量； x i表示第i张图片的质心的横轴坐标； y i表示第i张图片的质心的纵轴坐标； x表示物体质心的三维横坐标； y表示物体质心的三维纵坐标； z表示物体质心的三维竖坐标。

26、在一个实施例中，所述结合物体质心的三维坐标与平面法向，确定备选对称轴包括：

27、将平面法向作为初始对称轴；

28、以物体质心的三维坐标作为原点，初始对称轴作为轴心，构建圆锥面；

29、基于构建的圆锥面，等间距选取若干直线，并将每个直线作为备选对称轴。

30、在一个实施例中，所述备选对称轴的公式为：

31、

32、式中， up表示备选对称轴的朝向； θ表示在平面上的投影与横轴的夹角； φ表示备选对称轴与纵轴的夹角。

33、在一个实施例中，所述遍历备选对称轴，通过渲染多视角的图片，选取最佳对称轴包括：

34、遍历备选对称轴，并将备选对称轴作为新的纵轴，物体围绕新的纵轴按照预设的角度进行旋转；

35、将相机放置在旋转后的物体前方，采用渲染引擎渲染多视角的图片；

36、从渲染后的图片中提取物体的轮廓点，并计算物体轮廓点的对称性；

37、选取对称性最小的投影，将最小投影对应的备选对称轴作为最佳对称轴。

38、在一个实施例中，所述对称性计算公式为：

39、

40、式中， s表示对称性的值； contourarea表示对称轴左侧轮廓内面积与右侧轮廓内面积的差值； left表示对称轴左侧； right表示对称轴右侧。

41、根据本发明实施例的第二方面，提供了基于多视角投影的物体对称轴检测系统。

42、在一个实施例中，所述基于多视角投影的物体对称轴检测系统，该系统包括：

43、平面法向获取模块，用于利用平面检测法，获取物体所在平面法向；

44、面片表达得到模块，用于利用获取多视角的图片对物体进行三维重建，得到物体的面片表达；

45、备选对称轴确定模块，用于对物体的面片进行处理，计算物体质心的三维坐标，并结合平面法向，确定备选对称轴；

46、最佳对称轴选取模块，用于遍历备选对称轴，通过渲染多视角的图片，选取最佳对称轴。

47、根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机设备。

48、在一些实施例中，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

49、根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质。

50、在一个实施例中，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

51、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

52、1、本发明通过基于多视角投影的对称轴检测方法，突破了传统单张图像分析的限制，有效应对了特征点稀缺、边缘界限模糊及形状高度不规则的复杂场景，能够根据物体的特性进行灵活调整，实现对多种类型物体的有效对称轴检测，大大拓宽了应用范围。

53、2、本发明通过计算3d物体的质心作为旋转基点，并结合多视角投影图像的比较分析，显著提高了对称轴检测的精度，避免了因旋转基点不准确或点云对称性假设导致的误差，能够更准确地捕捉物体的对称性特征，确保检测结果的可靠性。

54、3、本发明通过从多个视角渲染物体图片，并进行综合比较和分析，实现了对物体对称性的全面评估，多视角验证不仅增强了检测的鲁棒性，还能够在不同视角下捕捉到物体的细微差异，从而更准确地确定最佳对称轴，为后续的应用提供了坚实的基础。

55、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。