[發(fā)明專利]一種基于GPU的高精度視差計(jì)算加速方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711406394.0
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108174176B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮文鐸
• 申請（專利權(quán)）人: 洛陽中科眾創(chuàng)空間科技有限公司
• 主分類號: H04N13/128
• 分類號: H04N13/128;H04N13/239
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫笑飛

一種基于GPU的高精度視差計(jì)算加速方法，GPU設(shè)置為統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)，具體步驟包括：S1、獲取左視角圖像和右視角圖像；S2、分別將左視角圖像和右視角圖像拆分成若干個(gè)大小為32×32的傳播區(qū)塊；S3、對左視角圖像和右視角圖像中每個(gè)傳播區(qū)塊進(jìn)行視差值迭代更新，視差值迭代更新過程中傳播區(qū)塊的所有像素值存入到GPU的紋理內(nèi)存中，視差值迭代更新過程的過程參數(shù)存入到GPU的共享內(nèi)存中。本發(fā)明能夠充分利用CPU的計(jì)算能力，在保證視差計(jì)算精度的前提下大幅加快計(jì)算速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及三維重建技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于GPU的高精度視差計(jì)算加速方法。

背景技術(shù)

作為計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要分支，雙目立體視覺的獲取過程大致是由一臺通過移動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)視角來拍攝同一幅場景的攝像機(jī)或者是模擬雙眼的兩個(gè)攝像頭拍攝同一個(gè)物體，然后利用立體匹配算法求出兩幅圖像對應(yīng)像點(diǎn)間的視差，結(jié)合視差圖像與攝像機(jī)標(biāo)定所得參數(shù)求出場景內(nèi)被測物體各點(diǎn)的三維坐標(biāo)，進(jìn)而重建出場景的三維結(jié)構(gòu)信息并獲得相應(yīng)點(diǎn)的深度值，此深度值即為成像平面與被測物體之間的實(shí)際距離。一個(gè)完整的立體視覺系統(tǒng)一般可以由圖像獲取、攝像機(jī)標(biāo)定、特征提取、立體匹配、深度確定及內(nèi)插重建6個(gè)部分組成。立體匹配是雙目立體視覺中最重要、最核心的問題。它解決的是對于同一空間景物上的一點(diǎn)在參考圖像上的投影點(diǎn)如何在匹配圖像上找到其對應(yīng)點(diǎn)的問題。

目前大部分立體匹配算法都包括四個(gè)步驟：（1）代價(jià)計(jì)算，（2）代價(jià)聚合，（3）視差計(jì)算和優(yōu)化，（4）視差求精。總體來說，立體匹配算法可以分為兩類：局部立體匹配算法和全局立體匹配算法。局部立體匹配算法利用一個(gè)窗口內(nèi)的顏色或灰度信息來確定每個(gè)點(diǎn)的視差值。而全局立體匹配算法基于平滑性假設(shè)，并且利用能量最小化技術(shù)同時(shí)確定所有點(diǎn)的視差值。

全局立體匹配算法利用圖像的平滑項(xiàng)和數(shù)據(jù)項(xiàng)兩項(xiàng)約束項(xiàng)求解整體能量的最小值。能夠很好的解決低紋理區(qū)域的誤匹配現(xiàn)象。全局立體匹配算法的代表有圖割法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、置信度傳播算法等。但是算法運(yùn)算量大，不適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

局部立體匹配算法由于每個(gè)點(diǎn)僅僅依賴局部信息，通過計(jì)算匹配窗口內(nèi)的總匹配代價(jià)，利用WTA策略找到最小的匹配代價(jià)，來確定視差。若采用固定的小尺寸窗口可以保留紋理和邊緣信息，但視差圖噪聲比較大；而采用固定的大尺寸窗口可對局部的匹配進(jìn)行平滑，在深度不連續(xù)區(qū)域產(chǎn)生前景膨脹效應(yīng)，視差圖模糊，邊緣的效果很差。局部立體匹配算法的代表有像素差的絕對值（SAD）、自適應(yīng)窗口算法、自適應(yīng)權(quán)重算法等。雖然局部立體匹配算法精度不如全局立體匹配算法，但算法運(yùn)算量小，適合實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的局部立體匹配方法：自適應(yīng)權(quán)重算法利用局部自適應(yīng)支持權(quán)重計(jì)算該中心像素和屬于同一區(qū)域相鄰的像素的概率。由于其復(fù)雜度取決于匹配窗口的大小，與窗口的大小成平方關(guān)系，自適應(yīng)窗口速度慢，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求；固定窗口的立體匹配算法雖然運(yùn)算速度快，但在低紋理區(qū)域處理效果不好，容易出現(xiàn)前景膨脹效應(yīng)。

綜上，在立體匹配過程中，視差計(jì)算是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。基于雙目立體視覺系統(tǒng)所得到的視差是獲得目標(biāo)物體深度信息的基礎(chǔ)，高精度的視差信息有利于對目標(biāo)物體進(jìn)行高精度的建模。然而，要獲得高精度的視差通常意味著要承擔(dān)較大的計(jì)算量。現(xiàn)在有越來越多的建模過程要求具有實(shí)時(shí)性或近似實(shí)時(shí)性，提高視差計(jì)算的速度有利于達(dá)到此類建模過程的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于GPU的高精度視差計(jì)算加速方法，能夠充分利用GPU的計(jì)算能力，在保證視差計(jì)算精度的前提下大幅加快計(jì)算速度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案為：