[發(fā)明專利]基于基準(zhǔn)點(diǎn)的簡便匹配方法

無效

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• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN101924953A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姬長英;安秋;顧寶興;王海清
• 申請（專利權(quán)）人: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;G01C11/08
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 朱戈勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及三維視覺處理技術(shù)，特別涉及立體視覺系統(tǒng)中一種基于基準(zhǔn)點(diǎn)的簡便匹配方法。

背景技術(shù)

雙目立體視覺技術(shù)的基本原理是從兩個或多個視點(diǎn)觀察同一景物，以獲取物體在不同視角下的圖像，通過三角測量原理計(jì)算圖像像素間的位置偏差(即視差)來獲得三維信息。一個完整的立體視覺系統(tǒng)包括圖像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取、立體匹配、三維信息恢復(fù)及后繼處理等。其中，特征提取和立體匹配是立體視覺中的關(guān)鍵技術(shù)，也是難點(diǎn)，其結(jié)果的好壞嚴(yán)重影響后繼三維信息恢復(fù)的精度。

立體匹配是尋找同一空間景物在不同視點(diǎn)下投影圖像中像素間的一一對應(yīng)關(guān)系。與普通的圖像模板匹配不同，立體匹配是在兩幅或多幅存在視點(diǎn)差異、幾何和灰度畸變以及噪聲干擾的圖像對之間進(jìn)行的，不存在任何標(biāo)準(zhǔn)模板。當(dāng)空間三維場景被投影為二維圖像時，受場景中諸多因素，如光照條件、景物幾何形狀和物理特性、噪聲干擾和畸變及攝像機(jī)特性等的影響，同一景物在不同視點(diǎn)下的圖像會有很大不同，要準(zhǔn)確地對包含了如此多不利因素的圖像進(jìn)行無歧義的匹配，是頗為困難的。

根據(jù)匹配基元的不同，立體視覺匹配算法通常分為三大類：基于區(qū)域匹配，基于特征匹配和基于相位匹配。這三類算法因匹配基元的不同，判斷對應(yīng)點(diǎn)匹配的理論依據(jù)也有所不同，但他們之間還是存在有一些共有的約束條件。這些約束條件包括Marr提出的最基本的物理約束：唯一性約束、相容性約束和連續(xù)性約束，以及在三個基本約束的基礎(chǔ)上引申出的一些特定的匹配控制約束。這些匹配約束的運(yùn)用不僅可以提高匹配的準(zhǔn)確性，而且還可以降低匹配的工作量，提高匹配速度，從而使得立體視覺測量系統(tǒng)符合實(shí)際應(yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中，國內(nèi)外研究者一般采用常規(guī)的約束條件，或者將三種匹配算法組合起來使用。以果蔬采摘機(jī)器人為例，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)張瑞合對自然環(huán)境下番茄的識別與定位進(jìn)行了研究，在特征提取和立體匹配時采用面積匹配的算法，這對于自然環(huán)境中存在遮擋的情況，面積匹配不但匹配時間長而且誤差大，遮擋嚴(yán)重的時候甚至無法進(jìn)行匹配。江蘇大學(xué)仲琴以番茄形心為匹配基元，通過模板匹配實(shí)現(xiàn)番茄圖像輪廓信息的補(bǔ)全和修復(fù)，然后根據(jù)輪廓特征求得形心。但該算法對圖像噪聲很敏感，影響了精度。浙江大學(xué)的蔣煥煜在形心匹配的基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域匹配算法進(jìn)一步確定番茄表面點(diǎn)的位置，能更加準(zhǔn)確地獲得目標(biāo)對象的位置信息，提高算法的魯棒性。上述的研究都集中在增加算法的復(fù)雜度來提高最終匹配的精度，是以犧牲處理時間為代價(jià)的，這使這些算法的實(shí)時性受到了嚴(yán)重的限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，經(jīng)過對立體視覺系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)中最耗時的處理模塊是立體匹配模塊，如果采用人工加入一種特征光源的方法來增加約束條件，將特征光源成像點(diǎn)對作為初始匹配點(diǎn)，可以簡化匹配問題，降低立體匹配的難度，提高立體匹配算法的實(shí)時性。

本發(fā)明第一目的是為立體視覺系統(tǒng)提供一種基于基準(zhǔn)點(diǎn)的簡便匹配方法。該方法不增加立體系統(tǒng)成本的基礎(chǔ)上，避免了采用復(fù)雜的立體匹配算法，提高了算法的實(shí)時性。

本發(fā)明第二目的是提供一種加裝特征光源發(fā)射器的立體視覺系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)建方便，可有效解決立體視覺中的立體匹配算法處理效率低的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明提供了一種基于基準(zhǔn)點(diǎn)的簡便立體匹配方法，包括：

采集立體圖像，并為左、右兩幅圖像建立坐標(biāo)系，取左邊圖像的圖像坐標(biāo)系為參考圖像坐標(biāo)系，右邊圖像的圖像坐標(biāo)系為偏移圖像坐標(biāo)系。

尋找基準(zhǔn)點(diǎn)和所有特征點(diǎn)。采用常規(guī)圖像處理方法，根據(jù)特征光源成像點(diǎn)的位置、顏色和面積大小三種特征來判斷成像點(diǎn)的有無，從而確定特征光源在左、右兩幅圖像中的成像點(diǎn)的坐標(biāo)，作為初始匹配點(diǎn)。另外，通過二值化等一系列圖像處理方法，得到所有目標(biāo)在左、右兩幅二維圖像中的形心坐標(biāo)，作為下一步匹配的特征點(diǎn)。

特征點(diǎn)是圖像的重要局部特征，它集中了圖像上很多重要的形狀信息。特征點(diǎn)具有旋轉(zhuǎn)不變性和不受光照條件影響的優(yōu)點(diǎn)，且只占圖像全部像素點(diǎn)的很少一部分，在沒有丟失圖像數(shù)據(jù)信息的條件下，基于特征點(diǎn)的圖像匹配可以縮小匹配搜索空間的大小，減少匹配過程中的歧義性，從而大大縮減運(yùn)算時間，達(dá)到實(shí)時性目的。

以特征光源產(chǎn)生的初始匹配點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，對參考坐標(biāo)系圖像中的特征點(diǎn)根據(jù)其與基準(zhǔn)點(diǎn)間的位置關(guān)系并按照特定的規(guī)律(縱向進(jìn)行排列)進(jìn)行描述，運(yùn)用匹配約束法則(唯一性和平行約束)，在偏移坐標(biāo)系圖像中找到和參考坐標(biāo)系圖像中相匹配的特征點(diǎn)，直到匹配完所有的特征點(diǎn)為止。