用于雙目視覺三維測(cè)量的同源點(diǎn)快速匹配方法
【專利摘要】一種用于雙目視覺三維測(cè)量的同源點(diǎn)快速匹配方法，特點(diǎn)在于用N幅時(shí)序二元帶通隨機(jī)圖案照射待測(cè)物體表面，利用雙目相機(jī)所采集的N幅二元帶通隨機(jī)圖像進(jìn)行時(shí)域灰度序列做相關(guān)運(yùn)算，由運(yùn)算結(jié)果判定兩像素是否為同源點(diǎn)。用一幅二元條紋圖案照射待測(cè)物體表面，通過對(duì)雙目相機(jī)所采集的二元條紋圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析判斷出條紋之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而將立體匹配時(shí)找尋同源點(diǎn)的搜索范圍縮短到與條紋寬度相仿的寬度，避免大量不必要的運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了快速匹配。
【專利說明】用于雙目視覺三維測(cè)量的同源點(diǎn)快速匹配方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)三維測(cè)量領(lǐng)域，具體地說是用于雙目視覺三維測(cè)量的同源點(diǎn)快速匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)物體的三維數(shù)字化越來越感興趣。物體的三維數(shù)字化的主要途徑是獲取創(chuàng)建物體幾何表面所需的點(diǎn)云，獲取的點(diǎn)云越密集則創(chuàng)建的模型越精確。三維測(cè)量技術(shù)種類繁多，但基本可以劃分為接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量?jī)深?，后者又可分為主?dòng)掃描與被動(dòng)掃描。光學(xué)三維測(cè)量技術(shù)是一種基于光學(xué)手段和圖形圖像處理分析方法的非接觸式測(cè)量，其運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)的理論來數(shù)字化再現(xiàn)物體的三維形貌，是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)視覺研究的主流方向之一。目前常用的非接觸式主動(dòng)光測(cè)量方法有:飛行時(shí)間法、三角測(cè)距法、激光掃描法、結(jié)構(gòu)光法等。使用非接觸式光學(xué)方法測(cè)量物體表面的方法現(xiàn)在廣泛運(yùn)用于各個(gè)行業(yè)之中，包括:逆向工程、產(chǎn)品開發(fā)、醫(yī)療保健、損傷評(píng)估、文物保護(hù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等方面。
[0003]飛行時(shí)間法使用脈沖激光探測(cè)目標(biāo)物，通過檢測(cè)脈沖激光照射到物體表面再反射回接收器的時(shí)間差來判定物體的深度。該方法發(fā)射一次脈沖激光只能獲取一個(gè)點(diǎn)的深度，若要掃面整個(gè)市場(chǎng)范圍內(nèi)的物體需變換脈沖激光發(fā)射方向。飛行時(shí)間法測(cè)距的關(guān)鍵在于精確測(cè)定脈沖激光往返一次所耗費(fèi)的時(shí)間，而在一般測(cè)量距離的量級(jí)較光速而言是非常小的，故使用該方法的測(cè)距儀對(duì)系統(tǒng)計(jì)時(shí)精度要求極高導(dǎo)致價(jià)格昂貴。
[0004]三角測(cè)距法也使用激光掃描物體表面，激光光源發(fā)射一束激光照射物體表面,利用相機(jī)捕捉物體表面上的光點(diǎn)。隨著物體表面的起伏，激光光點(diǎn)在相機(jī)中的位置也在不斷變化，通過這個(gè)位置變化可以計(jì)算出物體的距離。由于采用單點(diǎn)掃描方式，三角測(cè)距法測(cè)量效率不高比較耗時(shí)。National Research Council of Canada是致力于研發(fā)三角測(cè)距激光掃描技術(shù)的協(xié)會(huì)之一。
[0005]所述的同源點(diǎn)即同一物點(diǎn)在雙目相機(jī)內(nèi)各自的像點(diǎn)?；陔p目視覺的三維測(cè)量方法的關(guān)鍵步驟之一即在立體圖像中找尋同源點(diǎn)，通過同源點(diǎn)的視差并依據(jù)三角原理即可計(jì)算出物體距離相機(jī)的深度信息。所述的視差即由于左右兩個(gè)相機(jī)位置的差異導(dǎo)致物體成像位置的位移。相關(guān)法是雙目視覺中同源點(diǎn)的判定最常用的方法之一，包括空域相關(guān)與時(shí)域相關(guān)兩類?？沼蛳嚓P(guān)法選取以待匹配點(diǎn)為中心，大小為(2m+l)* (2n+l)的區(qū)域
【權(quán)利要求】
1.一種用于雙目視覺三維測(cè)量的同源點(diǎn)快速匹配方法，其特征在于該方法包括下列步驟: 1)由三維測(cè)量系統(tǒng)中的投影機(jī)投射N幅二元帶通隨機(jī)圖案照射待測(cè)物體表面； 2)雙目相機(jī)同步采集N幅二元帶通隨機(jī)圖案照明下待測(cè)物體的雙目立體圖像； 3)由三維測(cè)量系統(tǒng)中的投影機(jī)投射一幅二元條紋圖案照射待測(cè)物體表面； 4)雙目相機(jī)同步采集一幅二元條紋圖案照明下待測(cè)物體的雙目立體圖像； 5)基于測(cè)試之前對(duì)三維測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定獲取的系統(tǒng)內(nèi)參與外參，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集到的所有雙目立體圖像進(jìn)行校正處理，使得同源點(diǎn)極線水平且共線； 6)對(duì)校正后的二元條紋雙目立體圖像進(jìn)行初匹配，利用嵌入在每個(gè)條紋中的矩形方塊的唯一性，確定左側(cè)圖像中某條紋在右側(cè)圖像中對(duì)應(yīng)的條紋，所述的唯一性，是指在校正后的立體圖像中，對(duì)于左側(cè)某個(gè)矩形方塊，沿水平方向搜索，在右側(cè)至多只能找到一個(gè)矩形與其對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)矩形方塊所在的條紋也存在對(duì)應(yīng)關(guān)系； 7)進(jìn)行基于單像素時(shí)域灰度序列相關(guān)運(yùn)算的密集匹配，即對(duì)圖像內(nèi)所有像素進(jìn)行匹配:優(yōu)先處理處于匹配條紋內(nèi)的像素，再集中處理不在匹配條紋范圍之內(nèi)的像素，最后輸出整個(gè)待測(cè)區(qū)域的視差數(shù)據(jù)，根據(jù)三角原理計(jì)算出三維物體的深度信息完成三維重建。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的二元帶通隨機(jī)圖案按照以下步驟生成: 1)生成N幅尺寸為m*n的二元隨機(jī)圖像； 2)對(duì)上述二元隨機(jī)圖像進(jìn)行帶通濾波，截掉其高頻與低頻部分； 3)對(duì)上述帶通濾波產(chǎn)生的灰度圖像進(jìn)行二值化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，二元條紋圖像按照以下步驟生成: O生成一幅尺寸為m*n的二元條紋圖像，黑白條紋為豎直方向； 2)在每個(gè)條紋中再寫入反色的矩形方塊，相鄰條紋內(nèi)的矩形在水平方向上錯(cuò)開一定的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對(duì)所采集的立體圖像對(duì)進(jìn)行初匹配: 1)對(duì)采集到的左右兩幅二元條紋進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析，收集矩形方塊的中心位置信息； 2)若兩個(gè)矩形的中心行坐標(biāo)差值不大于給定值，左右兩個(gè)矩形被判定為同源矩形，即由同一個(gè)矩形在左右兩個(gè)相機(jī)分別成像而成； 3)同源矩形所在的條紋被判定為匹配條紋； 4)完成對(duì)矩形方塊的處理工作后，輸出對(duì)所有條紋的匹配結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于進(jìn)行基于單像素時(shí)域灰度序列相關(guān)運(yùn)算的逐像素密集匹配，數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于基于權(quán)利要求4得出的初匹配結(jié)果簡(jiǎn)化密集匹配運(yùn)算的搜索區(qū)間，避免大量不必要的運(yùn)算，具體步驟如下:1)根據(jù)初匹配結(jié)果檢索左側(cè)待匹配像素(x，y)所在條紋A在右側(cè)圖像中對(duì)應(yīng)的條紋B ； 2)探測(cè)右側(cè)圖像中條紋B的邊界與左側(cè)待匹配像素(x，y)所在極線相交的兩點(diǎn)(x+dmin，y)與(x+dmax, y),即確定搜索區(qū)間的左右邊界[x+dmin, x+dmaJ ； 3)對(duì)于左側(cè)待匹配像素(x，y)，在右側(cè)圖像由(x+dmin，y)與(x+dmax，y)兩像素確定的區(qū)間內(nèi)運(yùn)用TCT算法進(jìn)行匹配。
【文檔編號(hào)】G01B11/25GK103900494SQ201410125392
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】周常河, 劉昆, 王少卿, 韋盛斌, 李樹斌, 朱鋒, 黃巍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所