参考链接:https://mp.weixin.qq.com/s/89IHjqnw-JJ1Ak_YjWdHvA

  1. #include <iostream>
  2. #include <opencv2/core/core.hpp>
  3. #include <opencv2/features2d/features2d.hpp>
  4. #include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
  5. #include <opencv2/calib3d/calib3d.hpp>
  6. // #include "extra.h" // use this if in OpenCV2
  7.  
  8. using namespace std;
  9. using namespace cv;
  10.  
  11. /****************************************************
  12. * 本程序演示了如何使用2D-2D的特征匹配估计相机运动
  13. * **************************************************/
  14.  
  15. void find_feature_matches(
  16. const Mat &img_1, const Mat &img_2,
  17. std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  18. std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  19. std::vector<DMatch> &matches);
  20.  
  21. void pose_estimation_2d2d(
  22. std::vector<KeyPoint> keypoints_1,
  23. std::vector<KeyPoint> keypoints_2,
  24. std::vector<DMatch> matches,
  25. Mat &R, Mat &t);
  26.  
  27. // 像素坐标转相机归一化坐标
  28. Point2d pixel2cam(const Point2d &p, const Mat &K);
  29.  
  30. int main(int argc, char **argv) {
  31. if (argc != ) {
  32. cout << "usage: pose_estimation_2d2d img1 img2" << endl;
  33. return ;
  34. }
  35. //-- 读取图像
  36. Mat img_1 = imread(argv[], CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
  37. Mat img_2 = imread(argv[], CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
  38. assert(img_1.data && img_2.data && "Can not load images!");
  39.  
  40. vector<KeyPoint> keypoints_1, keypoints_2;
  41. vector<DMatch> matches;
  42. find_feature_matches(img_1, img_2, keypoints_1, keypoints_2, matches);
  43. cout << "一共找到了" << matches.size() << "组匹配点" << endl;
  44.  
  45. //-- 估计两张图像间运动
  46. Mat R, t;
  47. pose_estimation_2d2d(keypoints_1, keypoints_2, matches, R, t);
  48.  
  49. //-- 验证E=t^R*scale
  50. Mat t_x =
  51. (Mat_<double>(, ) << , -t.at<double>(, ), t.at<double>(, ),
  52. t.at<double>(, ), , -t.at<double>(, ),
  53. -t.at<double>(, ), t.at<double>(, ), );
  54.  
  55. cout << "t^R=" << endl << t_x * R << endl;
  56.  
  57. //-- 验证对极约束
  58. Mat K = (Mat_<double>(, ) << 520.9, , 325.1, , 521.0, 249.7, , , );
  59. for (DMatch m: matches) {
  60. Point2d pt1 = pixel2cam(keypoints_1[m.queryIdx].pt, K);
  61. Mat y1 = (Mat_<double>(, ) << pt1.x, pt1.y, );
  62. Point2d pt2 = pixel2cam(keypoints_2[m.trainIdx].pt, K);
  63. Mat y2 = (Mat_<double>(, ) << pt2.x, pt2.y, );
  64. Mat d = y2.t() * t_x * R * y1;
  65. cout << "epipolar constraint = " << d << endl;
  66. }
  67. return ;
  68. }
  69.  
  70. void find_feature_matches(const Mat &img_1, const Mat &img_2,
  71. std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  72. std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  73. std::vector<DMatch> &matches) {
  74. //-- 初始化
  75. Mat descriptors_1, descriptors_2;
  76. // used in OpenCV3
  77. Ptr<FeatureDetector> detector = ORB::create();
  78. Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = ORB::create();
  79. // use this if you are in OpenCV2
  80. // Ptr<FeatureDetector> detector = FeatureDetector::create ( "ORB" );
  81. // Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = DescriptorExtractor::create ( "ORB" );
  82. Ptr<DescriptorMatcher> matcher = DescriptorMatcher::create("BruteForce-Hamming");
  83. //-- 第一步:检测 Oriented FAST 角点位置
  84. detector->detect(img_1, keypoints_1);
  85. detector->detect(img_2, keypoints_2);
  86.  
  87. //-- 第二步:根据角点位置计算 BRIEF 描述子
  88. descriptor->compute(img_1, keypoints_1, descriptors_1);
  89. descriptor->compute(img_2, keypoints_2, descriptors_2);
  90.  
  91. //-- 第三步:对两幅图像中的BRIEF描述子进行匹配,使用 Hamming 距离
  92. vector<DMatch> match;
  93. //BFMatcher matcher ( NORM_HAMMING );
  94. matcher->match(descriptors_1, descriptors_2, match);
  95.  
  96. //-- 第四步:匹配点对筛选
  97. double min_dist = , max_dist = ;
  98.  
  99. //找出所有匹配之间的最小距离和最大距离, 即是最相似的和最不相似的两组点之间的距离
  100. for (int i = ; i < descriptors_1.rows; i++) {
  101. double dist = match[i].distance;
  102. if (dist < min_dist) min_dist = dist;
  103. if (dist > max_dist) max_dist = dist;
  104. }
  105.  
  106. printf("-- Max dist : %f \n", max_dist);
  107. printf("-- Min dist : %f \n", min_dist);
  108.  
  109. //当描述子之间的距离大于两倍的最小距离时,即认为匹配有误.但有时候最小距离会非常小,设置一个经验值30作为下限.
  110. for (int i = ; i < descriptors_1.rows; i++) {
  111. if (match[i].distance <= max( * min_dist, 30.0)) {
  112. matches.push_back(match[i]);
  113. }
  114. }
  115. }
  116.  
  117. Point2d pixel2cam(const Point2d &p, const Mat &K) {
  118. return Point2d
  119. (
  120. (p.x - K.at<double>(, )) / K.at<double>(, ),
  121. (p.y - K.at<double>(, )) / K.at<double>(, )
  122. );
  123. }
  124.  
  125. void pose_estimation_2d2d(std::vector<KeyPoint> keypoints_1,
  126. std::vector<KeyPoint> keypoints_2,
  127. std::vector<DMatch> matches,
  128. Mat &R, Mat &t) {
  129. // 相机内参,TUM Freiburg2
  130. Mat K = (Mat_<double>(, ) << 520.9, , 325.1, , 521.0, 249.7, , , );
  131.  
  132. //-- 把匹配点转换为vector<Point2f>的形式
  133. vector<Point2f> points1;
  134. vector<Point2f> points2;
  135.  
  136. for (int i = ; i < (int) matches.size(); i++) {
  137. points1.push_back(keypoints_1[matches[i].queryIdx].pt);
  138. points2.push_back(keypoints_2[matches[i].trainIdx].pt);
  139. }
  140.  
  141. //-- 计算基础矩阵
  142. Mat fundamental_matrix;
  143. fundamental_matrix = findFundamentalMat(points1, points2, CV_FM_8POINT);
  144. cout << "fundamental_matrix is " << endl << fundamental_matrix << endl;
  145.  
  146. //-- 计算本质矩阵
  147. Point2d principal_point(325.1, 249.7); //相机光心, TUM dataset标定值
  148. double focal_length = ; //相机焦距, TUM dataset标定值
  149. Mat essential_matrix;
  150. essential_matrix = findEssentialMat(points1, points2, focal_length, principal_point);
  151. cout << "essential_matrix is " << endl << essential_matrix << endl;
  152.  
  153. //-- 计算单应矩阵
  154. //-- 但是本例中场景不是平面,单应矩阵意义不大
  155. Mat homography_matrix;
  156. homography_matrix = findHomography(points1, points2, RANSAC, );
  157. cout << "homography_matrix is " << endl << homography_matrix << endl;
  158.  
  159. //-- 从本质矩阵中恢复旋转和平移信息.
  160. // 此函数仅在Opencv3中提供
  161. recoverPose(essential_matrix, points1, points2, R, t, focal_length, principal_point);
  162. cout << "R is " << endl << R << endl;
  163. cout << "t is " << endl << t << endl;
  164.  
  165. }

  1. #include <iostream>
  2. #include <opencv2/opencv.hpp>
  3. // #include "extra.h" // used in opencv2
  4. using namespace std;
  5. using namespace cv;
  6.  
  7. void find_feature_matches(
  8. const Mat &img_1, const Mat &img_2,
  9. std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  10. std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  11. std::vector<DMatch> &matches);
  12.  
  13. void pose_estimation_2d2d(
  14. const std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  15. const std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  16. const std::vector<DMatch> &matches,
  17. Mat &R, Mat &t);
  18.  
  19. void triangulation(
  20. const vector<KeyPoint> &keypoint_1,
  21. const vector<KeyPoint> &keypoint_2,
  22. const std::vector<DMatch> &matches,
  23. const Mat &R, const Mat &t,
  24. vector<Point3d> &points
  25. );
  26.  
  27. /// 作图用
  28. inline cv::Scalar get_color(float depth) {
  29. float up_th = , low_th = , th_range = up_th - low_th;
  30. if (depth > up_th) depth = up_th;
  31. if (depth < low_th) depth = low_th;
  32. return cv::Scalar( * depth / th_range, , * ( - depth / th_range));
  33. }
  34.  
  35. // 像素坐标转相机归一化坐标
  36. Point2f pixel2cam(const Point2d &p, const Mat &K);
  37.  
  38. int main(int argc, char **argv) {
  39. if (argc != ) {
  40. cout << "usage: triangulation img1 img2" << endl;
  41. return ;
  42. }
  43. //-- 读取图像
  44. Mat img_1 = imread(argv[], CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
  45. Mat img_2 = imread(argv[], CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
  46.  
  47. vector<KeyPoint> keypoints_1, keypoints_2;
  48. vector<DMatch> matches;
  49. find_feature_matches(img_1, img_2, keypoints_1, keypoints_2, matches);
  50. cout << "一共找到了" << matches.size() << "组匹配点" << endl;
  51.  
  52. //-- 估计两张图像间运动
  53. Mat R, t;
  54. pose_estimation_2d2d(keypoints_1, keypoints_2, matches, R, t);
  55.  
  56. //-- 三角化
  57. vector<Point3d> points;
  58. triangulation(keypoints_1, keypoints_2, matches, R, t, points);
  59.  
  60. //-- 验证三角化点与特征点的重投影关系
  61. Mat K = (Mat_<double>(, ) << 520.9, , 325.1, , 521.0, 249.7, , , );
  62. Mat img1_plot = img_1.clone();
  63. Mat img2_plot = img_2.clone();
  64. for (int i = ; i < matches.size(); i++) {
  65. // 第一个图
  66. float depth1 = points[i].z;
  67. cout << "depth: " << depth1 << endl;
  68. Point2d pt1_cam = pixel2cam(keypoints_1[matches[i].queryIdx].pt, K);//由匹配点的像素坐标得到相机坐标
  69. cv::circle(img1_plot, keypoints_1[matches[i].queryIdx].pt, , get_color(depth1), );//画出匹配点,颜色由深度决定
  70.  
  71. // 第二个图
  72. Mat pt2_trans = R * (Mat_<double>(, ) << points[i].x, points[i].y, points[i].z) + t;
  73. float depth2 = pt2_trans.at<double>(, );
  74. cv::circle(img2_plot, keypoints_2[matches[i].trainIdx].pt, , get_color(depth2), );
  75. }
  76. cv::imshow("img 1", img1_plot);
  77. cv::imshow("img 2", img2_plot);
  78. cv::waitKey();
  79.  
  80. return ;
  81. }
  82.  
  83. void find_feature_matches(const Mat &img_1, const Mat &img_2,
  84. std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  85. std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  86. std::vector<DMatch> &matches) {
  87. //-- 初始化
  88. Mat descriptors_1, descriptors_2;
  89. // used in OpenCV3
  90. Ptr<FeatureDetector> detector = ORB::create();
  91. Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = ORB::create();
  92. // use this if you are in OpenCV2
  93. // Ptr<FeatureDetector> detector = FeatureDetector::create ( "ORB" );
  94. // Ptr<DescriptorExtractor> descriptor = DescriptorExtractor::create ( "ORB" );
  95. Ptr<DescriptorMatcher> matcher = DescriptorMatcher::create("BruteForce-Hamming");
  96. //-- 第一步:检测 Oriented FAST 角点位置
  97. detector->detect(img_1, keypoints_1);
  98. detector->detect(img_2, keypoints_2);
  99.  
  100. //-- 第二步:根据角点位置计算 BRIEF 描述子
  101. descriptor->compute(img_1, keypoints_1, descriptors_1);
  102. descriptor->compute(img_2, keypoints_2, descriptors_2);
  103.  
  104. //-- 第三步:对两幅图像中的BRIEF描述子进行匹配,使用 Hamming 距离
  105. vector<DMatch> match;
  106. // BFMatcher matcher ( NORM_HAMMING );
  107. matcher->match(descriptors_1, descriptors_2, match);
  108.  
  109. //-- 第四步:匹配点对筛选
  110. double min_dist = , max_dist = ;
  111.  
  112. //找出所有匹配之间的最小距离和最大距离, 即是最相似的和最不相似的两组点之间的距离
  113. for (int i = ; i < descriptors_1.rows; i++) {
  114. double dist = match[i].distance;
  115. if (dist < min_dist) min_dist = dist;
  116. if (dist > max_dist) max_dist = dist;
  117. }
  118.  
  119. printf("-- Max dist : %f \n", max_dist);
  120. printf("-- Min dist : %f \n", min_dist);
  121.  
  122. //当描述子之间的距离大于两倍的最小距离时,即认为匹配有误.但有时候最小距离会非常小,设置一个经验值30作为下限.
  123. for (int i = ; i < descriptors_1.rows; i++) {
  124. if (match[i].distance <= max( * min_dist, 30.0)) {
  125. matches.push_back(match[i]);
  126. }
  127. }
  128. }
  129.  
  130. void pose_estimation_2d2d(
  131. const std::vector<KeyPoint> &keypoints_1,
  132. const std::vector<KeyPoint> &keypoints_2,
  133. const std::vector<DMatch> &matches,
  134. Mat &R, Mat &t) {
  135. // 相机内参,TUM Freiburg2
  136. Mat K = (Mat_<double>(, ) << 520.9, , 325.1, , 521.0, 249.7, , , );
  137.  
  138. //-- 把匹配点转换为vector<Point2f>的形式
  139. vector<Point2f> points1;
  140. vector<Point2f> points2;
  141.  
  142. for (int i = ; i < (int) matches.size(); i++) {
  143. points1.push_back(keypoints_1[matches[i].queryIdx].pt);
  144. points2.push_back(keypoints_2[matches[i].trainIdx].pt);
  145. }
  146.  
  147. //-- 计算本质矩阵
  148. Point2d principal_point(325.1, 249.7); //相机主点, TUM dataset标定值
  149. int focal_length = ; //相机焦距, TUM dataset标定值
  150. Mat essential_matrix;
  151. essential_matrix = findEssentialMat(points1, points2, focal_length, principal_point);
  152.  
  153. //-- 从本质矩阵中恢复旋转和平移信息.
  154. recoverPose(essential_matrix, points1, points2, R, t, focal_length, principal_point);
  155. }
  156.  
  157. void triangulation(
  158. const vector<KeyPoint> &keypoint_1,
  159. const vector<KeyPoint> &keypoint_2,
  160. const std::vector<DMatch> &matches,
  161. const Mat &R, const Mat &t,
  162. vector<Point3d> &points) {
  163. Mat T1 = (Mat_<float>(, ) <<
  164. , , , ,
  165. , , , ,
  166. , , , );
  167. Mat T2 = (Mat_<float>(, ) <<
  168. R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), t.at<double>(, ),
  169. R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), t.at<double>(, ),
  170. R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), R.at<double>(, ), t.at<double>(, )
  171. );
  172.  
  173. Mat K = (Mat_<double>(, ) << 520.9, , 325.1, , 521.0, 249.7, , , );
  174. vector<Point2f> pts_1, pts_2;
  175. for (DMatch m:matches) {
  176. // 将像素坐标转换至相机坐标
  177. pts_1.push_back(pixel2cam(keypoint_1[m.queryIdx].pt, K));
  178. pts_2.push_back(pixel2cam(keypoint_2[m.trainIdx].pt, K));
  179. }
  180.  
  181. Mat pts_4d;
  182. cv::triangulatePoints(T1, T2, pts_1, pts_2, pts_4d);
  183.  
  184. // 转换成非齐次坐标
  185. for (int i = ; i < pts_4d.cols; i++) {
  186. Mat x = pts_4d.col(i);
  187. x /= x.at<float>(, ); // 归一化
  188. Point3d p(
  189. x.at<float>(, ),
  190. x.at<float>(, ),
  191. x.at<float>(, )
  192. );
  193. points.push_back(p);
  194. }
  195. }
  196.  
  197. Point2f pixel2cam(const Point2d &p, const Mat &K) {
  198. return Point2f
  199. (
  200. (p.x - K.at<double>(, )) / K.at<double>(, ),
  201. (p.y - K.at<double>(, )) / K.at<double>(, )
  202. );
  203. }

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