C++怎么调用openMVG库
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发布时间：2022-04-23 08:43
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时间：2022-04-13 23:01
地址：github
文档：documents
openMVG能够：
解决多视角立体几何的精准匹配问题；
提供一系列SfM需要用到的特征提取和匹配方法；
完整的SfM工具链（校正，参估，重建，表面处理等）；
openMVG尽力提供可读性性强的代码，方便开发者二次开发，核心功能是尽量精简的，所以你可能需要其它库来完善你的系统。openMVG分成了几个大的模块：
核心库：各个功能的核心算法实现；
样例：教你怎么用；
工具链：也就是连起来用咯（乱序图像集的特征匹配，SfM，处理色彩和纹理）；
#0. 安装（win10+VS2013）
第一步当然是从github clone代码，然后按照 BUILD 说明操作，需要注意的是：
template <class T> inline T operator|(T x, T y){
return static_cast<T>(static_cast<int>(x) | static_cast<int>(y));
};
建议和opencv一起编译，方法是在CMakeLists.txt文件中修改相应选项为 ON，然后在cmake的GUI中添加一个叫OpenCV_DIR的入口，值就是你已经安装好的opencv的路径。
openMVG写的非常不错，对Windows也提供了良好的支持，所以cmake之后用VS打开生成的openMVG.sln解决方案就可以进行编译了，编译的时间稍久。我用的VS2013不支持C++新特性：constexpr，所以建议你使用VS2015或更新版本，如果一定要用VS2013，可以这样做：在src/openMVG/cameras/Camera_Common.hpp文件中将有constexpr的地方直接去掉，或者改成模板函数也是可以的：
运行样例，这里遇到一个坑：DenseStoraage.h line 86报错：R6010 Assertion failed，这是一个断言错误，在release模式下不会出现，但在debug模式下几乎是必现。原因嘛，打开Eigen给出的网址可以明确：数据结构未对齐（unaligned arrays）。这个问题对于刚接触openMVG的人来说还是很烦人的，openMVG代码很优雅，很多数据类型都是从模板类或函数延伸，通过虚函数扩展各项具体方法，而且非常强烈的依赖Eigen这个库，所以给定位问题带来了阻碍。经过一天的攻坚，最后大概确认了原因：
regions.h这个文件中定义的Regions类包含了fixed-size vectorizable Eigen types的stl容器vector，按照Eigen提供的解决方法，需要做的是：
//原来
typedef std::vector<FeatureT> FeatsT;
//改成
typedef std::vector<FeatureT, Eigen::aligned_allocator<FeatureT>> FeatsT;
//其它类似的地方都要改，包括返回vector的函数，最好也加上 EIGEN_MAKE_ALIGNED_OPERATOR_NEW
#1. 核心库
#1.1 图像
#Image Container
openMVG提供一个基本的类用作图像容器：Image<T>，T代表像素类型，这个类可以处理灰度，RGB，RGBA或者自定义类型的图像。用法很简单：
// A 8-bit gray image:
Image<unsigned char> grayscale_image_8bit;
// Multichannel image: (use pre-defined pixel type)
// A 8-bit RGB image:
Image<RGBColor> rgb_image_8bit;
// 8-bit RGBA image
Image<RGBAColor> rgba_image_8bit;
Image<Rgba<unsigned char> > rgba_image2_8bit;
这里的 RGBColor，RGBAColor等是openMVG基于Eigen定义好的类型，具体是定义在pixel_types.hpp中。
#Image I/O
openMVG支持ppm/pgm,jpeg,png,tiff格式的图片文件，例子：
Image<RGBColor> rgb_image_gray;
bool bRet = ReadImage("Foo.imgExtension", &rgb_image);
#Drawing operations
用于在图像上画圆，椭圆，直线等。
#1.2 数值
openMVG重新包装了Eigen的基本类型和算法，以便更简单的调用。比如 Vec2代表一个二维点（char型）。
#1.3 特征
这个模块主要是提供特征容器的封装，包括特征，特征描述，关键点集等，基本都是模板类，比如顶一个sift特征描述子可以这样做：
// SIFT like descriptor
typedef Descriptor<float, 128> siftDescriptorData;
#1.4 相机
此模块提供不同的相机模型的抽象类，包括：
#小孔相机模型
最简单的相机模型，如图： 相机模型包括内参和外参，关键词也就是大家熟悉的几样：投影矩阵，旋转、平移矩阵，焦距、主点等，具体参见说明。 看一个例子：openMVG提供的PinholeCamera类：
/// Pinhole camera P = K[R|t], t = -RC
struct PinholeCamera
{
//构造函数
PinholeCamera(
const Mat3 & K = Mat3::Identity(),
const Mat3 & R = Mat3::Identity(),
const Vec3 & t = Vec3::Zero())
: _K(K), _R(R), _t(t)
{
_C = -R.transpose() * t;
P_From_KRt(_K, _R, _t, &_P);
}
PinholeCamera(const Mat34 & P)
{
_P = P;
KRt_From_P(_P, &_K, &_R, &_t);
_C = -_R.transpose() * _t;
}
/// Projection matrix P = K[R|t]
Mat34 _P;
/// Intrinsic parameter (Focal, principal point)
Mat3 _K;
/// Extrinsic Rotation
Mat3 _R;
/// Extrinsic translation
Vec3 _t;
/// Camera center
Vec3 _C;
};
#1.5 多视角几何
这部分是比较基础和重要的模块之一，包括了：
多视角集几何中n（>=2）视角的求解算法；
将这些求解算法综合起来以便进行鲁棒估计的通用框架——Kernel；
文档中讲解了单应矩阵，本征矩阵，本质矩阵，位置矩阵等的概念，讲得非常好，建议仔细阅读文档。 简单的解释一下：
单应矩阵：描述两个投影平面之间的关系；
本征矩阵：同一个场景在两个相机成像下的关系，也就是物体上的点A在两个视角下成像位置的关系；
本质矩阵：基于本征矩阵和内参矩阵建立，描述相机和本征矩阵位置之间的相对关系；
位置矩阵：估计相机的绝对位置（被转化为一个最小化问题求解）；
Kernel：一个将求解器、数据、度量方案等结合起来的类，这个类将用于鲁棒的估计以上的参数和矩阵；
#1.6 线性规划
一个用于求解多视角几何中线性优化（参数估计）的工具集，文档。
#1.7 鲁棒估计
提供一些列鲁棒估计方法，比如：Max-Consensus，Max-Consensus，AC-Ransac A Contrario Ransac等。
#1.7 匹配
提供的接口包括：NNS，K-NN，FLANN，KVLD，Cascade hashing Nearest Neighbor等。这些接口可用于在二维或三维点集，以及更高维的特征描述集中。
#1.8 追踪
多视几何里的追踪是指在一系列的图片中找到对应的特征点（同一点在不同视角下的位置）。
#1.9 sfm
openMVG提供的sfm模块包含了处理SfM问题的一系列方法个数据存储接口，例如相机位置估计，结构测量，BA等。 SfM_Data类包含了SfM所有的输入：
struct SfM_Data
{
/// Considered views
Views views; // 包含图像文件名，id_view，id_pose，id_intrinsic，image size。
/// Considered poses (indexed by view.id_pose)
Poses poses; // 相机的三维位置
/// Considered camera intrinsics (indexed by view.id_cam)
Intrinsics intrinsics; // 相机内参
/// Structure (3D points with their 2D observations)
Landmarks structure; // 二维视图特征关联的3D点
}
下面是例子：
#1. features_siftPutativeMatches
这个样例做了这么几件事（直接翻译官方）：
分别提取两张图像的SIFT特征（使用非免费的vlsift）并形成特征描述；
根据特征描述子匹配两张图像上的特征点（BRUTE_FORCE_L2方法）；
展示匹配结果；
刚开始的时候会遇到Assertion failed断言错误，处理办法见上一篇文章。运行成功项目目录下会生成三个文件：00_images.jpg，01_features.jpg，02_siftMatches.svg。
#2. features_affine_demo
这个例子是图像MSER（参考）和TBMR特征提取的样例，MSER（Maximally Stable Extremal Regions）最大极值稳定区域是一种对图像灰度具有仿射变换不变性，也许也是这个样例起名的原因。TBMR（tree-based Morse regions）这个算法不是特别了解，具体可以在google学术中搜索。
#3. features_image_matching
这个样例给出了利用Image_describer接口提取特征描述子，并匹配和显示结果的样例。示例中可以选择SIFT，AKAZE_MLDB或者AKAZE算法，AKAZE介绍可看这里，是一种比SIFT更稳定的特征检测算法。程序中关于解析输入参数的部分可以注释掉（如果你是用过VS2013 debug），直接修改sImage_describer_type这个值以测试。
#4. features_kvld_filter 和 features_repeatability
这两个也是关于特征提取和匹配的，kvld这个例子中由于之前更改了regions.h中的内容，所以有些函数接口也要做相应改变，具体也是在vector中增加对齐函数选项。
#5. multiview_robust_homography_guided 和 multiview_robust_fundamental_guided
这两个样例是估计单应矩阵和本征矩阵的，并且能够根据这些信息反过来确定匹配点。两个样例运行时间都很长（分辨率教大时），第一个在用另外的照片时还遇到报错，大概是在DoG时出错，具体也没有细究了·····
#6. exif_Parsing
提取EXIF信息，编译后通过命令行执行，给出的参数格式：--imafile 你的照片路径，路径中使用/斜杠。
另一篇：learn openMVG-安装和简介
#7. multiview_robust_essential
估计本质矩阵并计算3D结构。这个例子可以直接运行，生成的点云十分稀疏且不带颜色信息。
