[發明專利]魯棒的快速高深度分辨率的散斑三維重建方法

有效

• 申請號: 201310196737.0
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103279982A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 黃向生;徐波
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及圖像處理、三維圖像重建、計算機視覺等技術領域，更具體而言，涉及一種利用散斑圖案進行場景三維重建的方法。

背景技術

在計算機視覺中，三維重建是指根據單視圖或者多視圖的圖像重建三維信息的過程。

目前三維重建領域已開發出了多種技術，例如激光成像雷達、激光測量機法、結構光法、計算機立體視覺法等。其中計算機立體視覺法是一種傳統的三維重建深度圖獲取方法，包括單目和雙目立體視覺法。

雙目立體視覺方法使用兩臺攝像機從兩個視點觀測同一物體，獲取在物體不同視角下的感知圖像，通過三角測量的方法將匹配點的視差轉換為深度。該方法的不足之處是運算量很大，無法保證實時重建，且重建效果依賴于基線間的距離。

單目視覺方法是使用一臺攝像機進行三維重建的方法，通過獲取單視點的單幅或多幅圖像的二維特征推導出深度信息。該方法也存在一些缺點：重建效果依賴特征點的密集程度，對特征點較少的弱紋理場景的重建效果不太好。

傳統的立體視覺方法往往不能保證重建準確性和實時性的平衡，如何實時準確地重建場景圖像是一個重要課題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是提出魯棒的快速高深度分辨率的散斑三維重建方法，以解決現有的重建技術深度分辨率低和實時性不佳的問題。

(二)技術方案

本發明提出一種魯棒的快速高深度分辨率的散斑三維重建方法，所述散斑是紅外發射裝置通過光源擴散裝置后形成的帶有深度信息的圖案，該重建方法包括如下步驟：

步驟1、讀入場景散斑圖像，所述場景圖像覆蓋的深度在參考圖像庫能夠表征的深度范圍內；

步驟2、采用分塊的方法，初步估計場景圖像各區域的大約縱深值，對與所述參考圖像庫中的參考圖像的相關值高于相關閾值的區域直接用該參考圖像的深度值作為該區域的深度值；

步驟3、對于未確定深度值的區域，逐點計算場景圖像中各點與所述參考圖像庫中的參考圖像對應點的相關值，并獲得最大相關值對應的最大相關參考圖像上對應點及其多個鄰域點之間的相關值以及所述多個鄰域點的位移值；

步驟4、利用所述參考圖像對應點及其多個鄰域點之間的相關值以及所述多個鄰域點的位移值進行橫向插值和縱向插值，并融合插值結果，得到場景圖像中所述各點的精確的深度值，進而得到魯棒的高深度分辨率的場景散斑圖像的三維重建結果。

(三)有益效果

本發明利用散斑圖案攜帶深度信息的特點，用得到的場景散斑圖像與參考圖像做相關尋求匹配點得到深度的方法得到三維重建的結果，采用由粗到細的定位方法，先宏觀分塊定位圖像各區域的大約縱深，然后微觀從亞像素精度級別定位各點的深度，兩者結合保證了快速高深度分辨率的重建效果。為了保證算法的魯棒性，我們分別采用橫向插值和縱向插值的方法對深度進行精確定位，同時對匹配不好的邊緣點用區域推演的方法補充得到其深度值。

附圖說明

圖1是本發明所提出的魯棒的快速高深度分辨率的三維重建方法的流程圖；

圖2是本發明分塊深度初步估計步驟的主流程圖；

圖3是本發明逐點計算相關性步驟的主流程圖；

圖4是本發明逐點計算相關性步驟中與2*tras_y+1幅參考圖像計算相關性步驟的流程圖；

圖5是本發明橫向插值和區域推演步驟的主流程圖；

圖6是本發明橫向插值和區域推演步驟中位移值亞像素定位步驟的流程圖；

圖7是本發明橫向插值和區域推演步驟中三角測量步驟的原理圖；

圖8是本發明橫向插值和區域推演步驟中區域推演步驟的流程圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

圖1示出了本發明中利用散斑圖案進行三維重建的方法流程圖。如圖1所示，所述方法具體包括以下步驟：

步驟1、讀入場景散斑圖像，所述場景圖像覆蓋的深度在參考圖像庫能夠表征的深度范圍內。

所述場景散斑圖像是激光光源出射的散斑圖案投射到物體上，經物體反射后由CCD相機接收得到的。參考圖像庫中的圖像則是激光光源出射的散斑圖案投射到深度已知的平面上，經平面反射后由CCD相機接收獲得。