基于自適應權重與圖像分割相結合的局部立體匹配算法制造技術

本發明專利技術提供一種基于自適應權重與圖像分割相結合的局部立體匹配算法，包括：選取左右視圖其中一幅圖作為基準圖像；對左右視圖的所有像素點分別進行Census變換，獲得基準圖像中每一像素點在不同的視差d下的匹配代價；建立支撐窗口，在支撐窗口內以基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的基準分割單元，在支撐窗口內以非基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的非基準分割單元，計算每一支撐窗口內的中心像素點的權重值；根據權重值獲得左右視圖的最優視差。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種雙目立體視覺中的立體匹配技術，特別是一種基于改進的自適應權重的局部立體匹配算法。
技術介紹
立體匹配作為雙目視覺中最重要也是最難解決的問題，一直是各國研究人員關注的熱點，其目的在于找到左右視圖的最優視差值。實時性和高精度是衡量立體匹配算法好壞的標準，現有的算法存在的問題在于實時性好的匹配算法在精確度上無法達到優良的效果，而精確度很高的算法則是以犧牲大量的運算時間為代價。立體匹配算法可以分解為2個關鍵步驟：匹配代價計算，匹配代價聚合。根據視差計算方法的不同，立體匹配算法又可以分為局部立體匹配算法和全局立體匹配算法。全局立體匹配的精度比局部立體匹配的精度高，但是卻很難滿足實時性的要求，目前使用的全局立體匹配算法是依靠高性能的硬件設備來提高速度。因而局部立體匹配算法應用的更為廣泛。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于自適應權重與圖像分割相結合的局部立體匹配算法，包括：選取左右視圖其中一幅圖作為基準圖像；對左右視圖的所有像素點分別進行Census變換，獲得基準圖像中每一像素點在不同的視差d下的匹配代價；建立支撐窗口，在支撐窗口內以基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的基準分割單元，在支撐窗口內以非基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的非基準分割單元，計算每一支撐窗口內的中心像素點的權重值；根據權重值獲得左右視圖的最優視差。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：本專利技術在立體匹配算法的基礎上，采用改進的自適應權重代價算法實現匹配代價的聚合，實時性強，精度性高。下面結合說明書附圖對本專利技術做進一步描述。附圖說明圖1是本專利技術的方法流程圖。圖2是本專利技術Census變換的方法流程圖。具體實施方式將兩個標定好的同一型號的攝像機同一高度一左一右平行放置在待拍攝目標場景的正上方，獲取左右視圖，選取左右視圖其中一幅圖作為基準圖像，本發明以又是圖為基準圖像，按如下方法獲取局部立體匹配算法的最優視差，如圖1所示：步驟S101，對左右視圖的所有像素點分別進行Census變換，獲得基準圖像中每一像素點在不同的視差d下的匹配代價；步驟S102，建立支撐窗口，在支撐窗口內以基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的基準分割單元，在支撐窗口內以非基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的非基準分割單元，計算每一支撐窗口內的中心像素點的權重值；步驟S103，根據權重值獲得左右視圖的最優視差。結合圖2，步驟S101的實現方式如下：步驟S1011，選取右視圖為基準圖像，以右圖的一像素點為中心，建立Census窗口，比較Census窗口中的像素點與中心像素點間的像素值的大小關系，并通過δ函數進行二值化處理δ(mcr,m‾ar)=0mcr≤m‾ar1mcr>m‾ar]]>其中，為右視圖中Census窗口中中心像素點像素值，為右視圖中Census窗口中其余像素點的像素值，a為其余像素點索引值。步驟S1012，以左視圖一像素點為中心建立滑動Census窗口，比較滑動Census窗口中的像素點與該Census窗口中的中心像素點間的像素值的大小關系，δ(mcl,m‾al)=0mcl≤m‾al1mcl>m‾al]]>其中，滑動Census窗口大小與步驟11中Census窗口大小相同，為左視圖中Census窗口中中心點像素值，為左視圖中該Census窗口中其余像素點的像素值，a為其余像素點索引值。步驟S1013，對左右視圖分別進行Census變換，得到一幅Census圖像。Census變換是基于數理統計的非參數變換。它是通過建立一個以參考像素點為中心的窗口，然后統計比較窗口中的像素點與參考像素點間的大小關系，值表征的是參考像素點和鄰域像素點間的數值關系。Census變換如公式(1)所示：C(x,y)＝Bitstringδ(I(x,y),I(x+i,y+j))i∈[-M2,M2],j∈[-N2,N2]]]>公式(1)中，Bitstring表示把窗口內的像素值排列成比特字符串，I(x,y)為圖像中坐標為(x,y)的點的像素灰度值，I(x+i,y+j)表示離中心點距離為(i,j)處點的像素灰度值，C(x,y)表示坐標為(x,y)的點的Census變換值，M×N表示以(x,y)為中心的矩形窗口的大小，稱為Census窗口。步驟S1014，計算基準字符串與每一比較字符串之間的HAMMING距離S(p,q)=HAMMING(C(p),C(q))=C(p)⊕C(q)]]>其中，p為右視圖中Census窗口的中心點，q為左視圖中在d視差下與p對應匹配點，C(*)為Census變換值，S(p,q)表示在視差d條件下p、q兩點的HAMMING距離；步驟S1015，改變d的值，即以滑動Census窗口對左視圖進行掃描，重復步驟12～14，直至左視圖所有像素點被掃描完成；步驟S1016，遍歷右視圖中所有像素點，重復步驟S1011～S1015。步驟S1017，計算Census圖像的匹配代價。匹配代價是用來判斷右圖中的像素點是否為左圖中的像素點的匹配點的標準，一般尋找左右兩幅圖像中預匹配點的共同特征來判斷。e(p,q)d=S(p,q)d+Σpc,qc∈windowCensusS(pc,qc)d]]>對右圖中的所有特征點都進行匹配代價計算，得到一組匹配代價值。其中，pc表示以p為中心的Census窗口內除中心以外的點，qc表示在視差d條件下pc對應的匹配點。步驟S102的實現方式如下：步驟S1021，以右圖為基準圖像，以右圖中像素點p為中心建立大小為M'×N'的支撐窗口，支撐窗口內p點以外的點記為左圖中，以像素點q為中心，建立相同大小的M'×N'支撐窗口，支撐窗口內q點以外的點記為其中q為左視圖中在d視差下與p對應匹配點；步驟S1022，采用下述條件對基準圖像建立基準分割單元Sp：Dc(p,p‾)<τ1if0<Ds(p,p‾)<l1Dc(p,p‾)<τ2ifl1<Ds(p,p‾)<l2]]>支撐窗口內滿足上述條件的像素點和中心像素點p屬于同一個分割單元，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于自適應權重與圖像分割相結合的局部立體匹配算法，其特征在于，包括：選取左右視圖其中一幅圖作為基準圖像；對左右視圖的所有像素點分別進行Census變換，獲得基準圖像中每一像素點在不同的視差d下的匹配代價；建立支撐窗口，在支撐窗口內以基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的基準分割單元，在支撐窗口內以非基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點的非基準分割單元，計算每一支撐窗口內的中心像素點的權重值；根據權重值獲得左右視圖的最優視差。

【技術特征摘要】
1.一種基于自適應權重與圖像分割相結合的局部立體匹配算法，其特征在于，
包括：
選取左右視圖其中一幅圖作為基準圖像；
對左右視圖的所有像素點分別進行Census變換，獲得基準圖像中每一像素
點在不同的視差d下的匹配代價；
建立支撐窗口，在支撐窗口內以基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點
的基準分割單元，在支撐窗口內以非基準圖像每一像素點為中心建立每一像素點
的非基準分割單元，計算每一支撐窗口內的中心像素點的權重值；
根據權重值獲得左右視圖的最優視差。
2.根據權利要求1所述的局部立體匹配算法，其特征在于，所述每一像素點的
Census變化包括：
步驟11，選取右視圖為基準圖像，以右圖的一像素點為中心，建立Census
窗口，比較Census窗口中的像素點與中心像素點間的像素值的大小關系，并通
過δ函數進行二值化處理
δ(mcr,m‾ar)=0mcr≤m‾ar1mcr>m‾ar]]>其中，為右視圖中Census窗口中中心像素點像素值，為右視圖中
Census窗口中其余像素點的像素值，a為其余像素點索引值；
步驟12，以左視圖一像素點為中心建立滑動Census窗口，比較滑動Census
窗口中的像素點與該Census窗口中的中心像素點間的像素值的大小關系，并通
過δ函數進行二值化處理
δ(mcl,m‾al)=0mcl≤m‾al1mcl>m‾al]]>其中，滑動Census窗口大小與步驟11中Census窗口大小相同，為左視
圖中Census窗口中中心點像素值，為左視圖中該Census窗口中其余像素點
的像素值，a為其余像素點索引值；
步驟13，對左右視圖中每一Census窗口內經過δ函數變換后的像素值按照
下式從左到右先上后下的順序排列成比特字符串，右視圖的為基準字符串，左視

\t圖的為比較字符串
C(x,y)=Bitstringi∈[-M2,M2],j∈[-N2,N2]δ(I(x,y),I(x+i,y+j))]]>其中，I(x,y)為圖像中坐標為(x,y)的點的像素灰度值，I(x+i,y+j)表示離
中心點距離為(i,j)處點的像素灰度值，C(x,y)表示坐標為(x,y)的點的Census
變換值，M×N表示以(x,y)為中心的Census窗口的大小；
步驟14，計算基準字符串與每一比較字符串之間的HAMMING距離
S(p,q)=HAMMING(C(p),C(q))=C(p)⊕C(q)]]>其中，p為右視圖中Census窗口的中心點，q為左視圖中在d視差下與p對
應匹配點，C(*)為Census變換值，S(p,q)表示在視差d條件下p、q兩點的
HAMMING距離；
步驟15，改變d的值，即以滑動Census窗口對左視圖進行掃描，重復步驟
12～14，直至左視圖所有像素點被掃描完成；
步驟16，遍歷右視圖中所有像素點，重復步驟11～15。
3.根據權利要求2所述的局部立體匹配算法，其特征在于，采用下述公式獲得
基準圖像中每一像素點在不同的視差d下的匹配代價。
e(p,q)d=S(p,q)d+Σpc,qc∈windowCensusS(pc,qc)d]]>其中，pc表示以p為中心的Census窗口內除中心以外的點，qc表示在視差
d條件下pc對應的匹配點。
4.根據權利要求1所述的局部立體匹配算法，其特征在于，所述以基準圖像每
一像素點為中心建立分割單元包括：
步驟21，以右圖為基準圖像，以右圖中像素點p為中心建立大小為M'×N'的
支撐窗口，支撐窗口內p點以外的點記為左圖中，以像素點q為中心，建立
相同大小的M'×N'支撐窗口，支撐窗口內q點以外的點記為其中q為左視圖
中在d視差下與p對應...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫愛娟，顧國華，周玉蛟，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32