[發(fā)明專利]一種針對特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法

有效

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• 申請日: 2014-05-07
• 公開（公告）號: CN104008542B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜娟;胡池;胡躍明;馮穎
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06K9/46
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域，具體涉及一種針對特定平面圖形的特征點(diǎn)匹配方法。

背景技術(shù)

圖像配準(zhǔn)屬于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)問題，是對攝像機(jī)在不同時(shí)間、不同視角等條件下獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配融合。其中常用的方法有基于灰度的圖像配準(zhǔn)和基于特征的圖像配準(zhǔn)。基于特征的圖像配準(zhǔn)中，特征主要針對點(diǎn)特征。基于點(diǎn)特征的圖像配準(zhǔn)，其實(shí)現(xiàn)步驟主要分為特征點(diǎn)的提取和特征點(diǎn)的匹配，再通過匹配點(diǎn)對來建立空間幾何變換模型，實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)。

在多視覺幾何應(yīng)用中，常常需要計(jì)算兩臺或多臺攝像機(jī)基于同一平面的單應(yīng)矩陣，以此來確定攝像機(jī)之間的幾何位置關(guān)系。若使用DLT(直接線性變換)算法計(jì)算單應(yīng)矩陣，則首先需要已知若干對基于某一外平面的匹配點(diǎn)。因此，需要一種簡單易實(shí)現(xiàn)、匹配精度高、誤匹配率低的方法來完成特征點(diǎn)的匹配工作。

為了自動(dòng)完成兩臺攝像機(jī)針對同一外平面的特征點(diǎn)匹配工作，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種便于角點(diǎn)提取的特殊棋盤格平面圖形，通過角點(diǎn)檢測算法提取角點(diǎn)，并使用自定義的方向向量和先驗(yàn)坐標(biāo)差進(jìn)行角點(diǎn)匹配，再使用SSD(差的平方和)作為相似度檢測標(biāo)準(zhǔn)，對初匹配的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，得到更精確的匹配點(diǎn)坐標(biāo)對。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種針對特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，與現(xiàn)有的特征點(diǎn)匹配方法相比，具有簡單易實(shí)現(xiàn)、匹配精度高、誤匹配率低的特點(diǎn)。本發(fā)明至少采用如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。

一種針對特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，其包括如下步驟：

(1)制作一張棋盤格平面圖形，布置在單色環(huán)境的平面上；該平面圖形被劃分成若干個(gè)大小相同的白色矩形區(qū)域，并以黑色線條間隔之；拍攝圖像時(shí)，使棋盤格平面圖形盡量多的充滿拍攝圖像畫面；

(2)對拍攝的兩張平面圖像進(jìn)行灰度化及相應(yīng)預(yù)處理工作，具體包括：

(2a)若攝像機(jī)拍攝的圖像存在畸變現(xiàn)象，則應(yīng)首先進(jìn)行畸變矯正工作；

(2b)若攝像機(jī)拍攝的圖像為彩色圖像，則需要對圖像進(jìn)行灰度化處理；

(3)使用harris角點(diǎn)檢測算子，通過預(yù)設(shè)閾值和非最大值抑制的方法，分別對獲取的兩張灰度圖像即圖像1和圖像2進(jìn)行角點(diǎn)檢測，得到兩張圖像的備選角點(diǎn)坐標(biāo)序列；

(4)通過自定義的方向向量和先驗(yàn)匹配點(diǎn)坐標(biāo)差范圍進(jìn)行角點(diǎn)匹配，具體包括：

(4a)方向向量是利用周圍鄰域 的顏色值進(jìn)行計(jì)算的，向量僅存在4個(gè)值，不能計(jì)算出方向向量的角點(diǎn)被刪掉，從而篩選出存在方向向量的角點(diǎn)并記錄其方向向量；

(4b)從步驟(4a)篩選出的兩張圖像的角點(diǎn)中，隨機(jī)選擇5對匹配點(diǎn)坐標(biāo)對，計(jì)算其坐標(biāo)值之差的均值，確定為兩張圖像間的近似坐標(biāo)差均值E_c；遍歷步驟(4a)得到圖像1的角點(diǎn)，利用方向向量相等和abs(E-E_c)<Threshold 兩個(gè)條件作為匹配成功的條件，到圖像2的角點(diǎn)中進(jìn)行搜索，得到匹配點(diǎn)坐標(biāo)對；

(5)以SSD作為相似度評價(jià)指標(biāo)，將步驟(4b)得到的匹配點(diǎn)對進(jìn)行坐標(biāo)微調(diào)，進(jìn)一步提高匹配角點(diǎn)的精度。

作為優(yōu)化的，所述步驟(1)中所述黑色線條在圖像上所占的寬度大于10個(gè)像素值。

作為優(yōu)化的，所述步驟(1)中拍攝的圖像中所述黑色線條為橫平豎直的狀態(tài)，即水平黑色線條的傾斜程度不超過15°，豎直黑色線條的傾斜程度也不超過15°。

作為優(yōu)化的，步驟(4a)中所述的方向向量的確定方法如下：

遍歷步驟(3)得到的備選角點(diǎn)，以角點(diǎn)位置為中心，設(shè)置一個(gè)7*7的方形區(qū)域，查詢方形四個(gè)頂點(diǎn)位置的顏色值，若三個(gè)顏色值為黑色，一個(gè)顏色值為白色，則規(guī)定指向白色頂點(diǎn)的方向作為該角點(diǎn)的方向；并規(guī)定數(shù)字1,2,3,4分別作為指向左上、右上、左下、右下的方向向量。

作為優(yōu)化的步驟(4b)中所述的abs(E-E_c)<Threshold中，

E為當(dāng)前待檢測的角點(diǎn)間對坐標(biāo)差(X₁–X₂,Y₁–Y₂)；

E_c作為兩張圖像匹配角點(diǎn)間的近似平均坐標(biāo)差；

Threshold作為E與E_c差值的上限；

將abs(E-E_c)<Threshold作為角點(diǎn)匹配的一個(gè)必要條件，且用于計(jì)算E_c的角點(diǎn)要在圖像上分布均勻。

作為優(yōu)化的，所述步驟(5)具體實(shí)現(xiàn)方法如下：