[發明專利]雙目立體視覺系統中場景立體深度與視差的關系建立方法

有效

• 申請號: 201210324572.6
• 申請日: 2012-09-04
• 公開（公告）號: CN102867304A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 魏許;徐貴力;王彪;郭瑞鵬;田裕鵬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T17/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;許婉靜

技術領域

本發明涉及一種任意配置的立體視覺系統的場景深度恢復和三維重建方法，具體涉及一種平行式雙目立體視覺系統中場景立體深度與視差的一般關系的模型，適用于機器視覺和攝影測量中的場景立體深度恢復和三維重建。屬于先進制造與自動化領域。

背景技術

雙目立體視覺的研究是機器視覺領域的熱點問題之一，利用雙目立體視覺系統可以實現場景點的立體深度恢復和三維重建。場景的立體深度恢復是根據場景點在立體視覺系統中的對應圖像點的像素坐標求出場景點相對于某個攝像機沿主光軸方向的距離。而三維重建就是在深度恢復的基礎上，進一步求出場景點在某一攝像機坐標系下的三維坐標。

雙目立體視覺一般分為匯聚式和平行式，其中平行式雙目立體視覺是匯聚式雙目立體視覺模型的一種特例。標準的平行式雙目立體視覺系統中左、右兩個攝像機特性完全相同，攝像機坐標系之間不存在旋轉關系，即兩個攝像機的光軸需要完全平行，且左、右兩個攝像機坐標系僅沿著某個方向存在平移關系，平移量通常稱為基線長度，對于標準的平行式雙目立體視覺系統，場景立體深度與視差的關系模型是立體視覺領域所熟知的。但是，在現實條件下，標準的平行式雙目立體視覺系統的理想化配置難以實現，其主要原因有兩方面：一方面，左、右兩個攝像機的內部參數不能達到不完全相同；另一方面，通過機械方法將左、右兩個攝像機的位置關系調整到完全平行放置是不可能的。對于非標準的平行式雙目立體視覺系統，雙目立體視覺系統中主要存在著鏡頭畸變、透視誤差和系統誤差等誤差來源,導致雙目立體視覺系統的場景立體深度與視差關系模型發生了一定的變化，使得場景立體深度恢復和三維重建的精確度有所降低。

目前，由于還沒有一種方法可以直接進行場景深度恢復和三維重建，所以現有的方法都是采用間接的方法進行場景深度恢復和三維重建的，主要分為兩類：第一類是通過圖像校正的方法將非平行軸立體視覺系統中的圖像轉化為標準平行軸立體視覺系統中的圖像，然后調用標準平行軸立體視覺系統的深度恢復和三維重建方法；另一第二類是將場景點在兩個攝像機中的投影線反向延長，然后通過最優化方法在場景中尋找與兩條投影線距離最近的一點來進行深度恢復和三維重建。第二類方法通常需要先進行初值估計，然后進行迭代尋優，既費時又容易收斂到局部最優解，因而在實際應用中很少采用。所以，目前在立體視覺中進行場景深度恢復和三維重建普遍采用第一類方法，但在采用第一類方法時需要先進行圖像校正，這也是一個費時的步驟，而且會在圖像校正的變換過程中產生誤差，影響場景立體深度和視差關系模型，同樣使得場景立體深度恢復和三維重建的精確度降低。因此，本領域需要一種適用于任意配置的平行式雙目立體視覺系統的場景立體深度與視差的一般模型。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是針對平行式雙目立體視覺系統存在的主要誤差對場景立體深度與視差關系模型的影響，提出一種平行式雙目立體視覺系統中場景立體深度與視差的一般關系模型，以實現場景立體深度的準確恢復和三維重建，且既不需要對雙目立體視覺系統的圖像對進行極線校正，也不需要進行初值估計和迭代尋優，具有直接、簡單、準確的優點。

為解決上述問題，本發明是采取以下的技術方案來實現的：

一種雙目立體視覺系統中場景立體深度與視差的關系建立方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)通過單目攝像機標定和雙目立體視覺系統標定的方法，求出左右攝像機的內參數和相對旋轉矩陣與平移矢量；

2)由攝像機透視成像的針孔模型，根據雙目立體視覺系統基線長度和視差的變化，建立雙目立體視覺系統的場景立體深度與視差的一般關系模型；

3)通過選取一定數目的標定點，通過激光測距儀獲得深度信息，進行基于最小二乘法的標定，求出給定雙目立體視覺系統場景立體深度與視差的關系模型；

4)對于左右攝像機所獲取同一場景的兩幅圖像，通過對應點匹配的方法，求出左右圖像中的場景視差；

5)通過場景視差，實現場景立體深度的精確恢復和三維重建。

前述的雙目立體視覺系統中場景立體深度與視差的關系建立方法，其特征在于，在所述步驟2）中，雙目立體視覺系統的場景立體深度與視差的一般關系模型步驟為：

21）在只考慮模型誤差情況下，雙目立體視覺系統的場景立體深度與視差的一般關系模型如式（18）：