[發明專利]基于極線校正的亞像素級相位立體匹配方法

有效

• 申請號: 201410675250.5
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104331897A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 耿磊;郎建業;肖志濤;張芳;吳駿;李月龍;劉洋;葉琨;蘇靜靜
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

技術領域

本發明屬于機器視覺領域，特別涉及一種基于極線校正的亞像素級相位立體匹配方法，能夠滿足工業測量中高效快速的匹配的要求。?

背景技術

基于投影柵相位法的雙目立體視覺測量系統是光學非接觸式三維型面密集型測量的一種重要方法。該方法具有快速、高精度等特點，在工業測量中得到廣泛應用。視覺測量系統采用數字投影儀投射光柵條紋到物體表面，通過采集多幀條紋圖像來計算包含有被測物體表面三維信息的包裹相位圖，相位值被包裹在[-π，π]，并采用相應的方法對包裹相位進行解包，獲取連續的絕對相位值；然后，以相位信息作為全場特征點進行立體匹配，得到雙目立體視覺的高精度、稠密型視差圖(disparity?map)。其中，基于相位信息的立體匹配是影響視覺測量系統性能的主要因素之一。相位立體匹配問題的關鍵是找出每對圖像間等相位點的對應關系，得到視差圖。傳統的方法大多利用兩組相互垂直的光柵獲取兩條等相位線，再通過兩條等相位線相交實現立體匹配。由于此方法需要投射兩組光柵，無法滿足工業測量的快速性要求；傳統的利用極線約束的匹配方法通過在外極線上尋找等相位點將匹配過程由二維轉化成一維，提高了匹配速度和精度。但是每個待匹配點的極線求取、畸變校正等計算量較大，影響測量速度。?

本發明針對傳統的相位立體匹配方法的不足，提出了一種基于極線校正的亞像素級相位立體匹配方法。該方法通過校正立體視覺系統的方法，簡化了匹配的復雜度；并在極線約束的基礎上提出通過計算待匹配點n領域相位模板與右相位圖像間的相似度來實現初始匹配點的定位；之后，提出采用基于最小二乘法的二次曲面擬合方法，將初始匹配點附近3×3鄰域內的相似度量值擬合為一個二次曲面，擬合曲面的峰值坐標即為亞像素精度級最優匹配位置坐標；最后，根據平視雙目視覺測量原理求得視差圖。?

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的上述不足，提供一種基于極線校正的亞像素級相位立體匹配方法，其關鍵技術能夠為工業測量提供高精度、高效率的匹配方法，避免傳統匹配技術中計算量較大、速度較慢、精度不高等缺點。?

本發明是通過這樣的技術方案實現的：一種基于極線校正的亞像素級相位立體匹配方法，其特征在于，包括下列步驟：?

(1)標定攝像機內外參數；?

(2)極線校正得到具有標準極線幾何結構的立體像對；?

(3)相位插值得到極線校正后的相位圖；?

(4)亞像素級相位立體匹配得到立體像對的對應匹配點，進而獲取視差圖。?

本發明的有益效果：提出了一種基于相位信息的匹配方法。該方法綜合運用了攝像機標?定、圖像極線校正、基于相位信息相似性度量的模板匹配和亞像素級相位立體匹配等技術。首先，根據攝像機成像模型，對攝像機進行內外部參數標定。再根據所標定的內外部參數得到立體像對基本矩陣。然后根據所得到的基本矩陣進行極線校正。然后，通過雙線性內插值法進行相位插值，得到經過極線校正后的相位圖。最后，通過模板匹配的方法，確定初始匹配點，再通過基于最小二乘的二次曲面擬合的方法在初始匹配點3×3鄰域內進行亞像素級定位，進而得到亞像素級的匹配點。本發明與現有技術相比較具有如下優點：?

1.通過校正立體視覺系統的方法，簡化了匹配的復雜度，提高匹配的速度。?

2.本發明采用基于相位區域的匹配方法進行初定位，相位區域覆蓋的圖像空間大，且不易受噪聲、光度變化等因素的影響，可以減少誤匹配發生的幾率。?

3.采用基于最小二乘的二次曲面擬合方法，可以獲得亞像素級匹配位置坐標，提高匹配的精度。?

附圖說明

圖1：本發明的系統框圖；?

圖2：平視雙目標準幾何結構示意圖；?

圖3：雙目立體視覺系統視差模型說明圖；?

圖4：雙線性插值說明圖?

具體實施方式

本發明的系統框圖如圖1所示，首先攝像機進行內外參數標定，利用標定的內外參數獲得立體像對的基礎矩陣，然后根據所獲得的基本矩陣進行極線校正，得到具有標準極幾何結構的立體像對，根據校正后的圖像，采用雙線性插值的方法進行相位插值，之后再根據相位圖，采用模板匹配的方法，通過計算相似度量值來獲取初始匹配點，最后，采用基于最小二乘法的曲面擬合方法進行二次曲面擬合，選取擬合曲面的峰值坐標做為最優匹配位置坐標，從而得到亞像素級最優匹配位置坐標。下面結合附圖，對本發明技術方案的具體實施過程加以說明。?

1.攝像機內外參數標定?