一種雙目三維重建的方法
2023-07-08 23:23:51
專利名稱：一種雙目三維重建的方法
技術領域：
本發明涉及一種機器視覺和圖像匹配技術，特別涉及一種雙目三維重建的方法。
技術背景
雙目三維重建是機器視覺中一個非常重要的研究領域，廣泛應用於醫學整容，智能識別，考古，計算三維動畫等方面。雙目三維重建包括圖像採集，攝像機標定，圖像校正， 圖像特徵提取和匹配，三維重建等過程。而圖像特徵提取和匹配是整個雙目三維重建過程最為核心的部分也是難點所在。目前大多數的圖像特徵提取和匹配算法存在一個矛盾當提取的特徵量足夠多時，圖像的匹配誤差率將大大提高，最典型的如圖像邊緣提取，提取的邊緣點或者線性足夠多，但是卻很難找到一種很好的匹配方法；而當匹配準確度很高的時候，往往提取的的特徵量是很稀疏的，不能滿足三維重建的要求，典型的如sift點的提取和匹配，sift是Lowe提出的一種採用多尺度高斯差分圖像檢測關鍵點的方法，其中每個關鍵點的位置和尺度對應於一個局部穩定的區域，每個特徵點都有與之對應的特徵向量，匹配準確率高，但是其特徵點的數量有限，很難達到三維重建的要求。所以一種既能夠提取圖像足夠多的特徵信息，同時又能夠保證圖像特徵匹配的準確率的方法成為亟待解決的問題。
現有的雙目三維重建過程中圖像特徵提取和匹配存在的特徵信息量和匹配準確率相矛盾，圖像特徵提取和匹配的算法複雜度非常高。發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種雙目三維重建的方法， 該方法算法複雜度低，大大提高提取圖像的特徵量和匹配準確率。
本發明的目的通過下述技術方案實現一種雙目三維重建的方法，提出了一種分層的圖像特徵提取和匹配的方法，所述的雙目三維重建的方法包括以下步驟
步驟A :採集圖像，使用兩臺型號相同彩色攝像機水平平行放置，使目標物體置於兩臺攝像機採集範圍之內，其中左攝像機採集的圖像為原始左圖像，右攝像機採集的圖像為原始又圖像；
步驟B :相機的標定和圖像校正和預處理，採用棋盤法標定獲得兩臺攝像機的內外參數，然後對原始左右圖像進行校正，再對圖像進行預處理；
步驟C :分層匹配，根據圖像特徵線的強弱對圖像進行分層特徵提取和匹配；
步驟D:三維重建 ，根據視差原理將獲取的兩幅圖像的匹配信息計算目標物體的二維 目息，完成二維重建。
所述的步驟C包括
步驟Cl :第一層的提取和匹配，採用閾值分割提取目標物體與圖像背景的邊緣線，根據左右圖像分別記為L1，L2，通過提取曲線角點和線性插值的方法對LI和L2進行匹配。形成第一層；
步驟C2 :其餘各層的提取和匹配，完成第一層之後其餘各層的提取均在上一層的 基礎之後進行，利用上一層的提取的特徵曲線提供的基準，在上一層所分割的相對應的區 域內提取特徵線進行匹配，將圖像進行分割成若干匹配的區域，供下一層提取和匹配。
步驟C3 :如果分的層次得精度達到了三維復原的要求則結束匹配，否則，返回步 驟C2繼續進行分層提取和匹配。
本發明的工作原理本方法的雙目三維重建基於視差原理，通過兩臺平行放置的 攝像機採集同一物體，即待三維重建的目標物體的圖像，根據物體上的點在兩幅圖上的成 像點位置的差異(視差)，計算其空間坐標進行重建。在此過程中獲取成像點的匹配信息， 成為整個過程的關鍵問題。本方法利用分層的方法提取圖像的特徵信息進行匹配，在分層 的過程中以特徵信息的強弱作為分層的原則。同時通過分割使得提取和匹配範圍縮小，以 提高算法準確度和降低錯誤率。為三維重建獲取足夠多的信息，最終復原目標物體。
本發明相對於現有技術具有如下的優點及效果
1、採用分層的方法，能夠提取圖像大大提高提取圖像的特徵量和匹配準確率，能 非常好地實現三維重建；在傳統的算法中往往提取出少量的圖像特徵量，而不能滿足三維 重建需要大量特徵點的要求，本方法採用分層的方法，逐步提取特徵量，大大提高了特徵 量。而在匹配的過程中由於採用了分層的方法，縮小了匹配搜索的範圍，降低了誤匹配率。
2、能夠適應嵌入式DSP的要求，圖像算法往往複雜度高，數據一般只能在PC上進 行處理，而本方法能夠很好適應DSP要求並行度高的要求，在提取特徵量的過程中採用簡 單而實用的差分算子，不需要用到高斯等複雜的算子，大大降低算法複雜度，能夠在嵌入式 DSP可攜式系統中得到應用。
3、實際的實驗結果表明，本發明能夠非常好地復原空間三維物體，等到達到一定 的精確度，較現有的匹配算法有了很大的改進。本發明提供的方法能夠適應於普通光照，靜 止物體的三維復原，尤其能夠較好的處理紋理比較複雜的物體，進一步地，本發明的三維復 原方法還有拓展到目標跟蹤和識別等應用領域當中。
圖1是本方法的整個雙目三維重建流程圖。
圖2是本方法所提出的分層圖像特徵提取和匹配的流程圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 於此。
實施例
如圖1所示，一種雙目三維重建的方法，包括以下步驟
步驟A :圖像採集，如圖1中的圖像採集部分，本方法採用兩臺型號相同的CCD攝 像機，固定在光學平臺上，鏡頭處於同一平面，能夠左右移動改變兩臺攝像機的水平距離D， D能夠從光學平臺上直接讀取，作為下文計算的參數；D沒有規定的取值，D的取值以能夠使 目標物體所成像在圖像靠中為原則。將待重建的三維物體放置在試驗臺上，調整D到適當 的位置記錄其值，固定兩臺攝像機進行圖像採集，左右攝像機採集的圖像分別記為II，12 ；
步驟B1:攝像機的標定和圖像校正，如圖1中的攝像機標定和校正部分，攝像機的標定是為了獲得攝像機的內外參數，即便是同一型號攝像機的內外參數也不相同，而任一臺攝像機的內外參數值均為定值。所以對於實驗用到的兩臺攝像機，如果已經標定過了則可以直接使用其內外參數，如果沒有標定，則需要進行一次標定，獲取其內外參數。攝像機標定方法已經是很成熟的技術，方法很多，本雙目三維重建算法對標定方法沒有嚴格限制， 只需要獲得其內外參數即可。如本方法的驗證過程中用棋盤進行標定，獲得攝像機內參數矩陣噸如2-1所示，
權利要求
1.一種雙目三維重建的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟A :採集圖像使用兩臺型號相同彩色攝像機水平平行放置，使目標物體置於兩臺攝像機採集範圍之內，其中左攝像機採集的圖像為原始左圖像，右攝像機採集的圖像為原始又圖像；步驟B :相機的標定和圖像校正和預處理採用棋盤法標定獲得兩臺攝像機的內外參數，然後對原始左右圖像進行校正，再對圖像進行預處理；步驟C :分層匹配根據圖像特徵線的強弱對圖像進行分層特徵提取和匹配；步驟D:三維重建完成達到要求精度的分層後，根據視差原理將獲取的兩幅圖像的匹配信息計算目標物體的三維信息，採用平面插值的方法，完成三維重建。
2.根據權利要求1所述的雙目三維重建的方法，其特徵在於，所述的步驟C包括以下步驟步驟Cl :第一層的提取和匹配，採用閾值分割提取目標物體與圖像背景的邊緣線，根據左右圖像分別記為LI，L2，通過提取曲線角點和線性插值的方法對LI和L2進行匹配，形成第一層；步驟C2 :其餘各層的提取和匹配，完成第一層之後其餘各層的提取均在上一層的基礎之後進行，利用上一層的提取的特徵曲線提供的基準，在上一層所分割的相對應的區域內提取特徵線進行匹配，將圖像進行分割成若干匹配的區域，供下一層提取和匹配；步驟C3 :如果分的層次得精度達到了三維復原的要求則結束匹配，否則返回步驟C2繼續進行分層提取和匹配。
全文摘要
一種雙目三維重建的方法，包括以下步驟步驟A採集圖像使用兩臺型號相同彩色攝像機水平平行放置，使目標物體置於兩臺攝像機採集範圍之內，其中左攝像機採集的圖像為原始左圖像，右攝像機採集的圖像為原始又圖像；步驟B相機的標定和圖像校正和預處理採用棋盤法標定獲得兩臺攝像機的內外參數，然後對原始左右圖像進行校正，再對圖像進行預處理；步驟C分層匹配根據圖像特徵線的強弱對圖像進行分層特徵提取和匹配；步驟D:三維重建完成達到要求精度的分層後，根據視差原理將獲取的兩幅圖像的匹配信息計算目標物體的三維信息，採用平面插值的方法，完成三維重建。具有算法複雜度低和能非常好地實現三維重建等優點。
文檔編號G06T17/00GK103065351SQ201210543958
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月16日 優先權日2012年12月16日
發明者徐曉, 趙林獻 申請人:華南理工大學