[發明專利]一種基于方差的自適應窗口大小的雙目視覺匹配方法

在審

• 申請號: 202010621968.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111754588A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 朱建鴻;王曹松;于力革
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T5/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種基于方差的自適應窗口大小的雙目視覺匹配方法，屬于雙目視覺領域。所述方法包括：建立初始窗口，計算方差；根據方差自適應窗口大小；采用引導濾波技術對初始匹配代價進行濾波實現代價聚合；進行視差求精。本發明利用初始窗口內的像素方差信息作為標準，減小計算的復雜度，提高算法的實時性，相較于固定窗口大小的算法，提高了匹配的精準度，而且在實時性上有一定的保障。

技術領域

本發明涉及計算機視覺中的雙目視覺領域，具體涉及一種基于方差的自適應窗口大小的雙目視覺匹配方法。

背景技術

視覺是一個古老的研究課題，人類的視覺系統在日常生活中占據著核心的地位，長久以來，用計算機技術模擬人類的眼睛一直人類的夢想，計算機視覺在相關研究領域發揮著巨大且無可替代的關鍵作用。自上個世紀八十年代起至今的時間里，以信息技術為代表的科技浪潮席卷全球，在這樣的背景下，社會中的各行各業都在不斷地經歷變革，朝著使得產業鏈和產品變得更加自動化、智能化的目標而前進。而計算機技術作為信息技術的典型代表，經過幾十年的發展，取得了巨大的進步，并且已經在人們的日常生產、生活領域發揮越來越不可替代的作用。

近年來，伴隨計算機和圖像處理技術在理論和實踐上的不斷突破，計算機視覺技術廣泛地應用于機器人控制、無人駕駛、非接觸測量以及航天探測等諸多領域，種各樣的自動化、智能化的設備已經徹底改變了人們的生產生活方式，因而計算機視覺技術已成為國內外高校和科研院所的研究熱點。計算機視覺系統中主要傳感器為價格相對較低的攝像機，研究計算機視覺技術不僅存在理論價值，更具備廣闊的產業化和商業化前景。

隨著人工智能技術的火熱發展，雙目視覺技術成為計算機視覺中一個重要的方向，主要是通過左右兩幅圖片來獲取物體的視差圖。其中雙目匹配技術是獲取視差圖的最為基礎也是最為熱門的一部分。高精度的雙目匹配是進行其他雙目技術研究的重要前提，為了提高雙目的左右兩幅圖片的匹配精度，人們做了很多的研究。雙目匹配技術通常全局匹配算法和局部匹配算法。全局匹配算法將整張圖片作為目標點的約束條件，約束信息多，匹配精度高，但是約束的條件越多計算的時間復雜度就是高。如果采集的是高質量圖片，僅僅是雙目匹配就會花費大量的時間，而且對計算的平臺要求也高，不利于在便攜靈活的場景使用。局部匹配算法是在精準度要求不是很高，但實時性高的場景下使用的一類算法。局部匹配算法是以目標點為中心建立一個窗口，用窗口內的信息來約束匹配，不像全局匹配算法用整張圖片作為約束條件。局部匹配算法以實時性高的特性，被廣泛的研究。局部匹配算法分為：基于特征點的算法和基于區域的算法。基于特征點的算法僅僅匹配計算某幾個特征點，應用場景不多。基于區域的局部匹配算法，census變換(Census Transform，CT)匹配算法就是其中之一。基于區域局部匹配算法主要分四個部分：匹配代價計算、代價聚合、視差計算以及視差求精。這四個步驟能夠描述大部分匹配算法的執行過程。并將一些代表性的立體性的立體匹配技術進行了全面概述和分類總結，在此基礎上，提出了立體匹配算法的評價體系，使得立體匹配的研究走向了正規化。

census變換匹配算法憑借計算的數據構成簡單，計算速度快等特點被廣泛研究，最為重要的一點是該算法能夠在嵌入式平臺流暢運行，這就使得雙目視覺技術能夠有更寬廣的應用場景，不再局限于傳統的計算機平臺。

傳統的census變換算法的基本原理是以一個矩形窗口遍歷圖像，通常會選擇中心像素的灰度值作為參考值，將矩形窗口中各個像素的灰度值與參考值進行比較，并用0和1來表示其大小關系。census變換的實質就是將圖像的灰度值編碼成為一組二進制的序列，來表示周圍鄰域像素相對于中心像素的大小關系。變換的過程可表達為

式中，N_p表示中心點p的鄰域，I(p)、I(q)為p、q對應的灰度值信息，符號表示連接符，ξ[I(p)，I(q)]滿足一下關系

將左右兩幅圖片分別進行census變換，將求得的兩個序列求其漢明距離作為匹配代價。求漢明距離的公式如下: