一種基于圖割的快速立體匹配方法，用于對至少兩幅圖像進行立體匹配的方法。本發(fā)明專利技術(shù)所述的方法主要包括以下四個步驟：獲取已進行外極線校準的圖像對并進行預處理、分別對第一圖像和第二圖像構(gòu)建多分辨率金字塔、對高層金字塔(低分辨率)圖像對進行立體匹配、將高層金字塔圖像對的匹配結(jié)果逐層傳遞到低層圖像。本發(fā)明專利技術(shù)用圖割全局立體匹配算法估計第一圖像中的至少一個點與第二圖像中的至少一個對應點的視差，并用多分辨率金字塔加速。本發(fā)明專利技術(shù)具有精度高，運行效率快的優(yōu)點，適用于在三維測量上應用。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及，屬于計算機視覺
技術(shù)介紹
立體匹配是立體視覺系統(tǒng)中最重要也是最復雜的部分，主要通過一系列算法在立體圖像對中找出匹配點并得到視差圖，然后利用三角幾何關(guān)系計算空間中點的深度，生成圖像的深度圖。當空間中物體被投影成平面圖像時，物體的全部光學信息都由圖像中的灰度值來表示，也就是說立體匹配要利用空間中物體的小部分光學信息來完成像素點的匹配，這是非常困難的。按參與計算的圖像像素范圍，立體匹配方法可分為局部匹配法和全局匹配法。其 中局部匹配法計算快速，但對低紋理區(qū)域往往有較高誤匹配率，從而導致邊界模糊，同時對遮擋的區(qū)域也很難進行處理，其最典型的方法是區(qū)域匹配法；全局匹配法由于是全局尋優(yōu)，所以匹配準確性較高，但計算量過大，運算時間長，其最典型的方法是圖割法(graphcuts)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出，用于實現(xiàn)立體圖像對的高效率高準確性匹配。該方法在用圖割法準確匹配立體圖像對的基礎(chǔ)上，用多分辨率金字塔方法加速，使運行效率大大加快。該方法可用于三維測量。本專利技術(shù)的實現(xiàn)步驟如下，步驟如下(I)對第一圖像和第二圖像進行外極線校準處理，之后分別對兩個圖像進行灰度化處理，再之后通過自適應中值濾波對圖像噪聲進行抑制，接下來通過直方圖均衡化對兩個圖像的亮度差異進行均衡，最后應用拉普拉斯算法銳化圖像；(2)分別對第一圖像和第二圖像構(gòu)建多分辨率金字塔，形成第一金字塔和第二金字塔；(3)對處于第一金字塔最高層的圖像和第二金字塔最高層的圖像進行立體匹配，所述最高層即為第k層；(4)對步驟(3)中的匹配結(jié)果進行線性插值，得到第k-ι層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第k-ι層的匹配點搜索范圍對該層圖像進行立體匹配，之后進入步驟(5)；(5)對第k-ι層的匹配結(jié)果進行線性插值得到第k-2層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第k-2層的匹配點搜索范圍對第k-2層圖像進行立體匹配，之后循環(huán)進行，直到對第2層的匹配結(jié)果進行線性插值得到第I層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第I層的匹配點搜索范圍對第I層圖像進行立體匹配，最終得到的匹配結(jié)果即為視差圖，到此匹配完成。步驟(I)中所述通過自適應中值濾波對圖像噪聲進行抑制，其具體方法如下將圖像分為若干子塊，通過對各子塊中的像素進行噪聲檢測，根據(jù)預設(shè)的閾值將各子塊中的像素分為受噪聲污染像素和未受噪聲污染像素兩類；統(tǒng)計受噪聲污染像素的個數(shù)以確定子圖像中噪聲干擾大小，根據(jù)噪聲干擾大小調(diào)整濾波窗口的尺寸；最后根據(jù)調(diào)整尺寸之后得到的濾波窗口，通過中值濾波方法對子圖像中的噪聲點進行濾波處理。步驟(I)中所述通過直方圖均衡化對兩個圖像的亮度差異進行均衡，其具體方法如下在圖像中挑選任意一個像素點，關(guān)于該像素點確定一個矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的大小為預設(shè)值，計算該矩形區(qū)域內(nèi)部和外部的加權(quán)歸一化直方圖；對該矩形區(qū)域內(nèi)的直方圖進行均衡化，實現(xiàn)對該矩形區(qū)域中心像素的處理；移動該矩形區(qū)域到下一個相鄰的像素點，重復上面的過程，直至處理完整幅圖像。所述步驟(2)分別對第一圖像和第二圖像構(gòu)建多分辨率金字塔具體為對步驟(I)中的銳化過的第一圖像和第二圖像均進行k次縮放，縮放比例為r，各 自得到k個不同分辨率的圖像，即k層的第一金字塔和第二金字塔；第一圖像為第一金字塔的最低層，即第一層，第二圖像為第二金字塔的最低層，SP第一層，高層的金字塔圖像像素值可以通過低層的圖像rXr區(qū)域的像素值進行平均而獲得；縮放次數(shù)k和縮放比例r均為預設(shè)值。所述步驟(3)中進行立體匹配采用圖割法進行。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比帶來的有益效果為在實現(xiàn)圖像對間的立體匹配時，除具備極好的魯棒性外，還有以下優(yōu)點(I)匹配精度高由于采用基于圖割的立體匹配算法，在整個像素范圍內(nèi)全局尋優(yōu)，使得視差圖的質(zhì)量得到了明顯的提高，并能解決低紋理區(qū)域和遮擋區(qū)域像素的準確匹配問題，能得到高精度的稠密視差圖。大量實驗表明，本專利技術(shù)的平均匹配精度達到98%以上，大大優(yōu)于區(qū)域匹配法。(2)運行效率快本專利技術(shù)構(gòu)建了多分辨率金字塔,通過金字塔方法加速,大大縮小了視差搜索范圍，減小了匹配計算時間。大量實驗表明，本專利技術(shù)的平均運行時間為圖割法的25 %，運行效率大大加快。附圖說明圖I為本專利技術(shù)方法流程圖；圖2為本專利技術(shù)方法的步驟一中圖像處理流程圖；圖3為本專利技術(shù)方法的步驟二中構(gòu)建多分辨率金字塔示意圖；圖4為本專利技術(shù)方法立體匹配中網(wǎng)格圖構(gòu)造示意圖；圖5為本專利技術(shù)方法的高層金字塔圖像對的立體匹配結(jié)果向低層金字塔逐層傳遞示意圖。具體實施例方式本專利技術(shù)方法能取得圖割法匹配準確性高的特點的同時，通過多分辨率金字塔方法加速，運行效率大大加快。立體匹配的計算復雜度與視差搜索范圍成正比，而視差搜索范圍與圖像分辨率大小直接相關(guān)，因此縮小視差搜索范圍可以大大減少計算時間。基于多分辨率金字塔的立體匹配方法是建立在多分辨率基礎(chǔ)上的由粗到精的立體匹配方法，它產(chǎn)生的低分辨率匹配結(jié)果可以逐級傳播，用以指導高分辨率的匹配過程。其加速的質(zhì)是減少了視差的搜索范圍，同時由于視差搜索范圍的減少，也降低了誤匹配的發(fā)生概率。如圖I所示，本專利技術(shù)提供了，其特征在于步驟如下(I)對第一圖像和第二圖像進行外極線校準處理，之后分別對兩個圖像進行灰度化處理，再之后通過自適應中值濾波對圖像噪聲進行抑制，接下來通過直方圖均衡化對兩個圖像的亮度差異進行均衡，最后應用拉普拉斯算法銳化圖像；按下式進行灰度化處理Y = O. 299R+0. 596G+0. 21IB 將獲取的彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像Y，式中R、G、B分別表示紅、綠、藍三種顏色分量。對灰度化處理之后的圖像處理稱為預處理，如圖2所示，可將圖像中的噪聲近似為高斯白噪聲，通過自適應中值濾波對圖像噪聲進行抑制，其具體方法如下將圖像分為若干子塊，通過對各子塊中的像素進行噪聲檢測，根據(jù)預設(shè)的閾值將各子塊中的像素分為受噪聲污染像素和未受噪聲污染像素兩類；統(tǒng)計受噪聲污染像素的個數(shù)以確定子圖像中噪聲干擾大小，根據(jù)噪聲干擾大小調(diào)整濾波窗口的尺寸；最后根據(jù)調(diào)整尺寸之后得到的濾波窗口，通過中值濾波方法對子圖像中的噪聲點進行濾波處理。應用直方圖均衡化來平衡圖像對間的亮度差異，其首先對圖像局部塊進行直方圖均衡化，而不是全局，然后利用雙線性插值方法把各個小塊拼接起來，以消除局部塊造成的邊界。這種方法既考慮窗口內(nèi)也考慮矩形區(qū)域外的直方圖，既由矩形區(qū)域內(nèi)的直方圖和矩形區(qū)域外的直方圖兩部分構(gòu)成，其具體方法如下a)在圖像中挑選任意一個像素點，關(guān)于該像素點確定一個矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域的大小為預設(shè)值；b)計算該矩形區(qū)域內(nèi)部和外部的加權(quán)歸一化直方圖；h (r) = a hff(r) + (l-a )hB(r) ,0 ^ a ^ I其中，hw(r)是矩形區(qū)域內(nèi)的歸一化直方圖，hB(r)是矩形區(qū)域外的歸一化直方圖，a為加權(quán)因子。c)對該矩形區(qū)域內(nèi)的直方圖進行均衡化，實現(xiàn)對該矩形區(qū)域中心像素的處理；d)移動該矩形區(qū)域到下一個相鄰的像素點，重復上面的過程，直至處理完整幅圖像；應用Laplace (拉普拉斯)算法銳化圖像，以提高圖像的邊緣和細節(jié)的清晰度。其中Laplace算子定義為V2/ = -^- + -^dx2 dy2上式中，f為連續(xù)的圖像模型，對于數(shù)字圖像而言，上式離散化為權(quán)利要求1.，其特征在于步驟如下 (1)對第一圖像和第二圖像進行外極線校本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于圖割的快速立體匹配方法，其特征在于步驟如下：(1)對第一圖像和第二圖像進行外極線校準處理，之后分別對兩個圖像進行灰度化處理，再之后通過自適應中值濾波對圖像噪聲進行抑制，接下來通過直方圖均衡化對兩個圖像的亮度差異進行均衡，最后應用拉普拉斯算法銳化圖像；(2)分別對第一圖像和第二圖像構(gòu)建多分辨率金字塔，形成第一金字塔和第二金字塔；(3)對處于第一金字塔最高層的圖像和第二金字塔最高層的圖像進行立體匹配，所述最高層即為第k層；(4)對步驟(3)中的匹配結(jié)果進行線性插值，得到第k？1層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第k？1層的匹配點搜索范圍對該層圖像進行立體匹配，之后進入步驟(5)；(5)對第k？1層的匹配結(jié)果進行線性插值得到第k？2層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第k？2層的匹配點搜索范圍對第k？2層圖像進行立體匹配，之后循環(huán)進行，直到對第2層的匹配結(jié)果進行線性插值得到第1層的匹配點搜索范圍，根據(jù)第1層的匹配點搜索范圍對第1層圖像進行立體匹配，最終得到的匹配結(jié)果即為視差圖，到此匹配完成。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳振國，李勐，孫協(xié)昌，
申請(專利權(quán))人：航天恒星科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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