使用cv::findFundamentalMat要注意的几点

在新版的OpenCV中，非常多C代码都被又一次封装成了C++代码，对应的其调用接口也发生了改变，而文档中的叙述也越来越不清楚，往往导致使用过程中出现各种问题。

在处理立体图像对的时候经常会用到对极几何的知识，计算基础矩阵也是非经常见的事。OpenCV实现了基本矩阵的算法。对于老版本号的C代码，计算基本矩阵的RANSAC方法中有一个迭代次数不收敛的bug。可能导致每次计算的採样次数都达到最大限制的次数。其根源在于计算採样可信度的公式有误，新版本号的代码还没有细致看过，不敢确定是否已经修正了这个bug。可是这个bug并不会对最后的结果造成多大影响，仅仅是会影响计算的效率——原本几次採样就可以结束迭代。在这个bug的影响下可能要採样数百次。

新版本号的计算基本矩阵的函数的使用也有一些问题，以下来看看cv::findFundamentalMat函数：

//! the algorithm for finding fundamental matrix
enum
{
    FM_7POINT = CV_FM_7POINT, //!< 7-point algorithm
    FM_8POINT = CV_FM_8POINT, //!< 8-point algorithm
    FM_LMEDS = CV_FM_LMEDS,  //!< least-median algorithm
    FM_RANSAC = CV_FM_RANSAC  //!< RANSAC algorithm
};

//! finds fundamental matrix from a set of corresponding 2D points
CV_EXPORTS Mat findFundamentalMat( const Mat& points1, const Mat& points2,
                                     CV_OUT vector<uchar>& mask, int method=FM_RANSAC,
                                     double param1=3., double param2=0.99 );

//! finds fundamental matrix from a set of corresponding 2D points
CV_EXPORTS_W Mat findFundamentalMat( const Mat& points1, const Mat& points2,
                                     int method=FM_RANSAC,
                                     double param1=3., double param2=0.99 );

上面是OpenCV计算基本矩阵的C++接口，其内部实现仍然是调用的C代码函数。不过在上层进行了一次封装。网上有些文档中说const Mat& points1和points2这两个參数能够直接由vector<Point2f>类型作为传入參数，事实上这是错误的。

直接用vector<Point2f>传递，在编译时可能不会报错，可是执行时会直接崩溃。

由于cv::Mat的构造函数并不会把Point2f转化为两个浮点数存于Mat的两个元素中，而是仍然以Point2f存于Mat的一个元素中。于是findFundamentalMat一读取这个Mat就会出错。

因此我们最好老老实实地去构建Mat points1和Mat points2。该矩阵的维度能够是2xN，也能够是Nx2的，当中N是特征点的数目。还有一个要注意的地方就是该矩阵的类型不能是CV_64F，也就是说findFundamentalMat内部解析points1和points2时是依照float类型去解析的。设为CV_64F将导致读取数据失败，程序崩溃。最好设为CV_32F。

以下是从匹配好的特征点计算F的代码演示样例：

// vector<KeyPoint> m_LeftKey;
// vector<KeyPoint> m_RightKey;

// vector<DMatch> m_Matches;

// 以上三个变量已经被计算出来，各自是提取的关键点及其匹配，以下直接计算F

// 分配空间

int ptCount = (int)m_Matches.size();
Mat p1(ptCount, 2, CV_32F);
Mat p2(ptCount, 2, CV_32F);

// 把Keypoint转换为Mat

Point2f pt;
for (int i=0; i<ptCount; i++)
{
     pt = m_LeftKey[m_Matches[i].queryIdx].pt;
     p1.at<float>(i, 0) = pt.x;
     p1.at<float>(i, 1) = pt.y;
  
     pt = m_RightKey[m_Matches[i].trainIdx].pt;
     p2.at<float>(i, 0) = pt.x;
     p2.at<float>(i, 1) = pt.y;
}

// 用RANSAC方法计算F

// Mat m_Fundamental;

// 上面这个变量是基本矩阵

// vector<uchar> m_RANSACStatus;

// 上面这个变量已经定义过，用于存储RANSAC后每一个点的状态

m_Fundamental = findFundamentalMat(p1, p2, m_RANSACStatus, FM_RANSAC);

// 计算野点个数

int OutlinerCount = 0;
for (int i=0; i<ptCount; i++)
{
     if (m_RANSACStatus[i] == 0) // 状态为0表示野点
     {
          OutlinerCount++;
     }
}

// 计算内点

// vector<Point2f> m_LeftInlier;
// vector<Point2f> m_RightInlier;
// vector<DMatch> m_InlierMatches;

// 上面三个变量用于保存内点和匹配关系

int InlinerCount = ptCount - OutlinerCount;
m_InlierMatches.resize(InlinerCount);
m_LeftInlier.resize(InlinerCount);
m_RightInlier.resize(InlinerCount);
InlinerCount = 0;
for (int i=0; i<ptCount; i++)
{
     if (m_RANSACStatus[i] != 0)
     {
          m_LeftInlier[InlinerCount].x = p1.at<float>(i, 0);
          m_LeftInlier[InlinerCount].y = p1.at<float>(i, 1);
          m_RightInlier[InlinerCount].x = p2.at<float>(i, 0);
          m_RightInlier[InlinerCount].y = p2.at<float>(i, 1);
          m_InlierMatches[InlinerCount].queryIdx = InlinerCount;
          m_InlierMatches[InlinerCount].trainIdx = InlinerCount;
          InlinerCount++;
     }
}

// 把内点转换为drawMatches能够使用的格式

vector<KeyPoint> key1(InlinerCount);
vector<KeyPoint> key2(InlinerCount);
KeyPoint::convert(m_LeftInlier, key1);
KeyPoint::convert(m_RightInlier, key2);

// 显示计算F过后的内点匹配

// Mat m_matLeftImage;
// Mat m_matRightImage;

// 以上两个变量保存的是左右两幅图像

Mat OutImage;
drawMatches(m_matLeftImage, key1, m_matRightImage, key2, m_InlierMatches, OutImage);
cvNamedWindow( "Match features", 1);
cvShowImage("Match features", &(IplImage(OutImage)));
cvWaitKey( 0 );
cvDestroyWindow( "Match features" );

以上就是核心代码。

加载左右两幅图像后，先用http://blog.sina.com.cn/s/blog_4298002e01013w4z.html一文中所述方法提取特征点并匹配，然后用上面的程序计算基本矩阵。并显示内点匹配。

如图：

初始匹配：

RANSAC过后的内点匹配：