Вычисление точки 3D-мира из точки 2D-изображения с использованием OpenCV

Я разрабатываю приложение для iOS. Я использую матрицу камеры в соответствии с книгой "Освоение OpenCV". В моем сценарии у меня есть хорошо известная коробка. Я знаю его реальные размеры, и я точно знаю его угловые пиксели. Используя эту информацию, я вычисляю поворот камеры и вектор трансляции. Из этих параметров я могу рассчитать положение камеры. Я проверяю свой расчет, проецируя координату 3D-мира обратно на изображение, и получаю очень точные результаты.

Мировое происхождение в моем случае - это середина нижней строки окна. Коробка открыта с одной стороны. Изображение берется в этом направлении, поэтому я могу видеть содержимое окна.

Теперь у меня есть объект в поле. Я очень хорошо знаю координату изображения (2D) углов этого объекта. Я знаю реальную высоту угла (реальные Y и Y < > 0). Как рассчитать мир X и Z углов объекта.

Здесь мой код:

#include "opencv2/core/core.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/calib3d/calib3d.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"

#include <iostream>
#include <ctype.h>

using namespace cv;
using namespace std;


Point2f point;
vector<vector<Point2f>> objectPoints(1);
vector<vector<Point2f>> boxPoints(1);

Point3f calc3DPointOutOf2DwithYknown(double u, double v, float worldY, double fx, double fy, double cx, double cy, Mat tvec, Mat rotMat)
{
    Point3f tmpPoint;

    // This fiunction I need to complete
    return tmpPoint;
}

int main( int argc, char** argv )
{

    ///////// Loading image
    Mat sourceImage = imread("/Users/Ilan/Xcode/LK Test/LK Test/images/box_center640X480.jpg");

    namedWindow( "Source", 1 );

    ///// Setting box corners /////
    point = Point2f((float)102,(float)367.5);  //640X480
    boxPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, boxPoints[0][0], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    point = Point2f((float)83,(float)90.5);  //640X480
    boxPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, boxPoints[0][1], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    point = Point2f((float)520,(float)82.5);  //640X480
    boxPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, boxPoints[0][2], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    point = Point2f((float)510.5,(float)361);  //640X480
    boxPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, boxPoints[0][3], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    ///// Setting object corners /////
    point = Point2f((float)403.5,(float)250);  //640X480
    objectPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, objectPoints[0][0], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    point = Point2f((float)426.5,(float)251.5);  //640X480
    objectPoints[0].push_back(point);
    circle( sourceImage, objectPoints[0][1], 3, Scalar(0,255,0), -1, 8);

    imshow("Source", sourceImage);

    vector<vector<Point3f>> worldBoxPoints(1);
    Point3f tmpPoint;

    tmpPoint = Point3f((float)-100,(float)0,(float)0);
    worldBoxPoints[0].push_back(tmpPoint);
    tmpPoint = Point3f((float)-100,(float)-150,(float)0);
    worldBoxPoints[0].push_back(tmpPoint);
    tmpPoint = Point3f((float)100,(float)-150,(float)0);
    worldBoxPoints[0].push_back(tmpPoint);
    tmpPoint = Point3f((float)100,(float)0,(float)0);
    worldBoxPoints[0].push_back(tmpPoint);

    std::cout << "There are " << boxPoints[0].size() << " roomPoints and " << worldBoxPoints[0].size() << " worldRoomPoints." << std::endl;

    cv::Mat cameraMatrix1(3,3,cv::DataType<double>::type);
    cv::setIdentity(cameraMatrix1);

    cv::Mat distCoeffs1(4,1,cv::DataType<double>::type);
    distCoeffs1.at<double>(0) = 0;
    distCoeffs1.at<double>(1) = 0;
    distCoeffs1.at<double>(2) = 0;
    distCoeffs1.at<double>(3) = 0;


    //Taken from Mastring OpenCV
    double fx = 6.24860291e+02 * ((float)(sourceImage.cols)/352.);
    double fy = 6.24860291e+02 * ((float)(sourceImage.rows)/288.);
    double cx = (float)(sourceImage.cols)/2.;
    double cy = (float)(sourceImage.rows)/2.;

    cameraMatrix1.at<double>(0, 0) = fx;
    cameraMatrix1.at<double>(1, 1) = fy;
    cameraMatrix1.at<double>(0, 2) = cx;
    cameraMatrix1.at<double>(1, 2) = cy;

    std::cout << "After calib cameraMatrix --- 1: " << cameraMatrix1 << std::endl;
    std::cout << "After calib distCoeffs: --- 1" << distCoeffs1 << std::endl;

    cv::Mat rvec1(3,1,cv::DataType<double>::type);
    cv::Mat tvec1(3,1,cv::DataType<double>::type);

    cv::solvePnP(worldBoxPoints[0], boxPoints[0], cameraMatrix1, distCoeffs1, rvec1, tvec1);

    std::cout << "rvec --- 1: " << rvec1 << std::endl;
    std::cout << "tvec --- 1: " << tvec1 << std::endl;

    cv::Mat rvecM1(3,3,cv::DataType<double>::type);
    cv::Rodrigues(rvec1,rvecM1);

    std::cout << "cameraRotation --- 1 : " << rvecM1 << std::endl;
    std::cout << "cameraPosition --- 1 : " << (rvecM1.t())*((-1.0)*tvec1) << std::endl;

    std::vector<cv::Point2f> projectedPoints1;
    cv::projectPoints(worldBoxPoints[0], rvec1, tvec1, cameraMatrix1, distCoeffs1, projectedPoints1);

    for(unsigned int i = 0; i < projectedPoints1.size(); ++i)
    {
        std::cout << "box point --- 1: " << boxPoints[0][i] << " Projected to --- 1: " << projectedPoints1[i] << std::endl;
    }

    vector<vector<Point3f>> worldObjectPoints(1);

    tmpPoint = calc3DPointOutOf2DwithYknown(objectPoints[0][0].x, objectPoints[0][0].y, /*the real Y of the object*/ -40.0, fx, fy, cx, cy, tvec1, rvecM1);
    worldObjectPoints[0].push_back(tmpPoint);

    tmpPoint = calc3DPointOutOf2DwithYknown(objectPoints[0][1].x, objectPoints[0][1].y, /*the real Y of the object*/ -40.0, fx, fy, cx, cy, tvec1, rvecM1);
    worldObjectPoints[0].push_back(tmpPoint);

    cv::projectPoints(worldObjectPoints[0], rvec1, tvec1, cameraMatrix1, distCoeffs1, projectedPoints1);
    for(unsigned int i = 0; i < projectedPoints1.size(); ++i)
    {
        std::cout << "object point --- 1: " << objectPoints[0][i] << " Projected to --- 1: " << projectedPoints1[i] << std::endl;
    }

    waitKey(0);

    return 0;
}

Итак, я хочу реализовать функцию calc3DPointOutOf2DwithYknown. Конечно, параметры соответствуют тому, что я понимаю сейчас. Если мне нужны другие параметры, я буду использовать другие.

Спасибо вам большое, Илан

3
задан user2743760 25 июля '14 в 0:26
источник поделиться
1 ответ

Мне удалось решить это самостоятельно. Если это поможет кому-либо, прочитайте код:

Point3f calc3DPointOutOf2DwithYknown(double u, double v, float worldY, double fx, double fy, double cx, double cy, Mat tvec, Mat rotMat)
{
    Point3f tmpPoint;

    float r1 = rotMat.at<double>(0,0);
    float r2 = rotMat.at<double>(0,1);
    float r3 = rotMat.at<double>(0,2);

    float r4 = rotMat.at<double>(1,0);
    float r5 = rotMat.at<double>(1,1);
    float r6 = rotMat.at<double>(1,2);

    float r7 = rotMat.at<double>(2,0);
    float r8 = rotMat.at<double>(2,1);
    float r9 = rotMat.at<double>(2,2);

    float t1 = tvec.at<double>(0,0);
    float t2 = tvec.at<double>(1,0);
    float t3 = tvec.at<double>(2,0);

    float xt = (u/fx) - (cx/fx);
    float yt = (v/fy) - (cy/fy);

    float K1 = xt*r8*worldY + xt*t3 - r2*worldY - t1;
    float K2 = xt*r9 - r3;
    float K3 = r1 - xt*r7;


    float worldZ = (yt*r7*K1 + yt*K3*r8*worldY + yt*K3*t3 - r4*K1 - K3*r5*worldY - K3*t2)/
                    (r4*K2 + K3*r6 - yt*r7*K2 - yt*K3*r9);

    float worldX = (K1 + worldZ*K2)/K3;


    tmpPoint = Point3f(worldX, worldY, worldZ);

    return tmpPoint;
}
4
ответ дан user2743760 06 авг. '14 в 2:24
источник поделиться

Другие вопросы по меткам