[發(fā)明專利]基于單應(yīng)性約束的立體圖像匹配方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010542569.2
• 申請日: 2010-11-13
• 公開（公告）號: CN102063624A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳斌;薛婷;邾繼貴
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺測量應(yīng)用、圖像處理，特別是涉及一種基于單應(yīng)性約束的立體圖像匹配方法。

背景技術(shù)

視覺測量由于具有非接觸、可自動、速度快、效率高、精度適中等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于軍事、交通、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。其中，基于兩幅或多幅圖像的立體視覺測量應(yīng)用最為普遍。在立體視覺測量中，立體圖像的匹配是實現(xiàn)測量的前提與基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的立體圖像匹配方法大都基于圖像灰度的相關(guān)性或圖像特征的相似性。前者直接利用圖像的灰度信息，常用算法有差的平方和相關(guān)算法、差的絕對值和相關(guān)算法、零均值差的平方和相關(guān)算法、零均值差的絕對值相關(guān)算法以及歸一化相關(guān)算法。其缺點是對成像條件比較敏感，并且由于使用耗盡型搜索匹配技術(shù)，因此計算量大、耗時多，同時對噪聲敏感，對于圖像紋理較少或紋理重復(fù)度較高時容易產(chǎn)生誤匹配，因此在實際中應(yīng)用較少。后者主要利用景物的結(jié)構(gòu)信息，根據(jù)特征點信息及其特征屬性，結(jié)合若干約束關(guān)系，如相容性約束、連續(xù)性約束、外極線約束等在待匹配圖像中構(gòu)建特征點的一一對應(yīng)關(guān)系。如以邊緣點、角點等作為特征的匹配算法。這類方法采用優(yōu)化搜索技術(shù)，計算量相對較小；但較容易受到干擾特征的影響，產(chǎn)生誤匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于單應(yīng)性約束的立體圖像匹配方法與技術(shù)，該方法操作方便、實現(xiàn)簡單，同時具有匹配速度快、匹配準(zhǔn)確度高等特點，可滿足視覺測量，尤其是大場景、大尺寸物體的形貌高精度、快速、現(xiàn)場視覺測量的需求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于單應(yīng)性約束的立體圖像匹配方法，在被測物體形面布設(shè)編碼標(biāo)志及非編碼標(biāo)志，其中編碼標(biāo)志攜帶編碼信息以方便、準(zhǔn)確地建立對應(yīng)關(guān)系，而非編碼標(biāo)志則真正反映被測物體形貌信息；

立體像對單應(yīng)性映射矩陣的構(gòu)建：在不同站位，由攝像機采集布設(shè)有編碼標(biāo)志及非編碼標(biāo)志的被測物體形貌圖像，通過圖像處理進(jìn)行編碼標(biāo)志的信息解碼、中心定位，根據(jù)編碼標(biāo)志的解碼信息構(gòu)建立體像對，并建立立體像對中編碼標(biāo)志的對應(yīng)關(guān)系，由至少4對對應(yīng)編碼標(biāo)志定位中心的圖像坐標(biāo)構(gòu)建立體像對的單應(yīng)性映射矩陣；

基于單應(yīng)性約束非編碼標(biāo)志的映射：利用單應(yīng)性映射矩陣建立立體像對間的單應(yīng)性約束關(guān)系，通過圖像處理進(jìn)行立體像對中非編碼標(biāo)志的中心定位，設(shè)含有4對對應(yīng)編碼標(biāo)志定位中心的圖像對中任意一幅圖像為圖像1，則與其對應(yīng)的另一幅圖像為圖像2，以圖像1為基準(zhǔn)，由像對間的單應(yīng)性約束關(guān)系，將圖像1中非編碼標(biāo)志的中心位置映射到圖像2空間；

非編碼標(biāo)志匹配判別：一、超界無匹配判別。對于圖像1中的某一非編碼標(biāo)志，若映射到圖像2空間的位置超出圖像尺寸邊界，則在圖像2中無與之相匹配的非編碼標(biāo)志。二、距離匹配判別。對于圖像1中的某一非編碼標(biāo)志，若映射到圖像2空間的位置與圖像2中某一非編碼標(biāo)志的距離小于一定閾值，則兩非編碼標(biāo)志存在對應(yīng)匹配關(guān)系。

前述方法需要借助于攝像機、編碼標(biāo)志、非編碼標(biāo)志、計算機實現(xiàn)，并進(jìn)一步包括如下步驟：

在被測物體形面布設(shè)編碼標(biāo)志和非編碼標(biāo)志；

攝像機在多個站位采集布設(shè)有編碼標(biāo)志及非編碼標(biāo)志的被測物體形貌圖像，將圖像數(shù)據(jù)通過無線傳輸模式實時傳輸給計算機，或存儲于攝像機內(nèi)存通過有線傳輸模式傳輸給計算機；

計算機進(jìn)行圖像處理，進(jìn)行編碼標(biāo)志的信息解碼、中心定位及非編碼標(biāo)志的中心定位；

根據(jù)編碼標(biāo)志的解碼信息構(gòu)建立體像對；

建立立體像對中編碼標(biāo)志的對應(yīng)關(guān)系，由至少4對對應(yīng)編碼標(biāo)志定位中心的圖像坐標(biāo)構(gòu)建立體像對的單應(yīng)性映射矩陣；

設(shè)像對中任意一幅圖像為圖像1，則另一幅圖像為圖像2，以圖像1為基準(zhǔn)，由像對間的單應(yīng)性約束關(guān)系，將圖像1中非編碼標(biāo)志的中心位置映射到圖像2空間；

對于圖像1中的某一非編碼標(biāo)志，若映射到圖像2空間的位置超出圖像尺寸邊界，則在圖像2中無與之相匹配的非編碼標(biāo)志；

對于圖像1中的某一非編碼標(biāo)志，若映射到圖像2空間的位置與圖像2中某一非編碼標(biāo)志的距離小于一定閾值，則兩非編碼標(biāo)志存在對應(yīng)匹配關(guān)系。

本發(fā)明方法與裝置可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的立體像對匹配，同時該方法操作方便、實現(xiàn)簡單，可滿足視覺測量，尤其是大場景、大尺寸物體的形貌高精度、快速、現(xiàn)場視覺測量的需求。