用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法
2023-10-05 05:24:24 3
用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法
【專利摘要】一種用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法，特點在於用N幅時序二元帶通隨機圖案照射待測物體表面，利用雙目相機所採集的N幅二元帶通隨機圖像進行時域灰度序列做相關運算，由運算結果判定兩像素是否為同源點。用一幅二元條紋圖案照射待測物體表面，通過對雙目相機所採集的二元條紋圖像進行形態學分析判斷出條紋之間的對應關係，從而將立體匹配時找尋同源點的搜索範圍縮短到與條紋寬度相仿的寬度，避免大量不必要的運算，從而實現了快速匹配。
【專利說明】用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機三維測量領域，具體地說是用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發展，人們對物體的三維數位化越來越感興趣。物體的三維數位化的主要途徑是獲取創建物體幾何表面所需的點雲，獲取的點雲越密集則創建的模型越精確。三維測量技術種類繁多，但基本可以劃分為接觸式測量與非接觸式測量兩類，後者又可分為主動掃描與被動掃描。光學三維測量技術是一種基於光學手段和圖形圖像處理分析方法的非接觸式測量，其運用計算機圖形圖像學的理論來數位化再現物體的三維形貌，是現在計算機視覺研究的主流方向之一。目前常用的非接觸式主動光測量方法有:飛行時間法、三角測距法、雷射掃描法、結構光法等。使用非接觸式光學方法測量物體表面的方法現在廣泛運用於各個行業之中，包括:逆向工程、產品開發、醫療保健、損傷評估、文物保護、動態監測等方面。
[0003]飛行時間法使用脈衝雷射探測目標物，通過檢測脈衝雷射照射到物體表面再反射回接收器的時間差來判定物體的深度。該方法發射一次脈衝雷射只能獲取一個點的深度，若要掃面整個市場範圍內的物體需變換脈衝雷射發射方向。飛行時間法測距的關鍵在於精確測定脈衝雷射往返一次所耗費的時間，而在一般測量距離的量級較光速而言是非常小的，故使用該方法的測距儀對系統計時精度要求極高導致價格昂貴。
[0004]三角測距法也使用雷射掃描物體表面，雷射光源發射一束雷射照射物體表面,利用相機捕捉物體表面上的光點。隨著物體表面的起伏，雷射光點在相機中的位置也在不斷變化，通過這個位置變化可以計算出物體的距離。由於採用單點掃描方式，三角測距法測量效率不高比較耗時。National Research Council of Canada是致力於研發三角測距雷射掃描技術的協會之一。
[0005]所述的同源點即同一物點在雙目相機內各自的像點。基於雙目視覺的三維測量方法的關鍵步驟之一即在立體圖像中找尋同源點，通過同源點的視差並依據三角原理即可計算出物體距離相機的深度信息。所述的視差即由於左右兩個相機位置的差異導致物體成像位置的位移。相關法是雙目視覺中同源點的判定最常用的方法之一，包括空域相關與時域相關兩類。空域相關法選取以待匹配點為中心，大小為(2m+l)* (2n+l)的區域
【權利要求】
1.一種用於雙目視覺三維測量的同源點快速匹配方法，其特徵在於該方法包括下列步驟: 1)由三維測量系統中的投影機投射N幅二元帶通隨機圖案照射待測物體表面； 2)雙目相機同步採集N幅二元帶通隨機圖案照明下待測物體的雙目立體圖像； 3)由三維測量系統中的投影機投射一幅二元條紋圖案照射待測物體表面； 4)雙目相機同步採集一幅二元條紋圖案照明下待測物體的雙目立體圖像； 5)基於測試之前對三維測量系統進行標定獲取的系統內參與外參，由計算機對所採集到的所有雙目立體圖像進行校正處理，使得同源點極線水平且共線； 6)對校正後的二元條紋雙目立體圖像進行初匹配，利用嵌入在每個條紋中的矩形方塊的唯一性，確定左側圖像中某條紋在右側圖像中對應的條紋，所述的唯一性，是指在校正後的立體圖像中，對於左側某個矩形方塊，沿水平方向搜索，在右側至多只能找到一個矩形與其對應，對應矩形方塊所在的條紋也存在對應關係； 7)進行基於單像素時域灰度序列相關運算的密集匹配，即對圖像內所有像素進行匹配:優先處理處於匹配條紋內的像素，再集中處理不在匹配條紋範圍之內的像素，最後輸出整個待測區域的視差數據，根據三角原理計算出三維物體的深度信息完成三維重建。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的二元帶通隨機圖案按照以下步驟生成: 1)生成N幅尺寸為m*n的二元隨機圖像； 2)對上述二元隨機圖像進行帶通濾波，截掉其高頻與低頻部分； 3)對上述帶通濾波產生的灰度圖像進行二值化。
3.根據權利要求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)在每個條紋中再寫入反色的矩形方塊，相鄰條紋內的矩形在水平方向上錯開一定的位置。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對所採集的立體圖像對進行初匹配: 1)對採集到的左右兩幅二元條紋進行形態學分析，收集矩形方塊的中心位置信息； 2)若兩個矩形的中心行坐標差值不大於給定值，左右兩個矩形被判定為同源矩形，即由同一個矩形在左右兩個相機分別成像而成； 3)同源矩形所在的條紋被判定為匹配條紋； 4)完成對矩形方塊的處理工作後，輸出對所有條紋的匹配結果。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於進行基於單像素時域灰度序列相關運算的逐像素密集匹配，數學表達式如下:
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於基於權利要求4得出的初匹配結果簡化密集匹配運算的搜索區間，避免大量不必要的運算，具體步驟如下:1)根據初匹配結果檢索左側待匹配像素(x，y)所在條紋A在右側圖像中對應的條紋B ； 2)探測右側圖像中條紋B的邊界與左側待匹配像素(x，y)所在極線相交的兩點(x+dmin，y)與(x+dmax, y),即確定搜索區間的左右邊界[x+dmin, x+dmaJ ； 3)對於左側待匹配像素(x，y)，在右側圖像由(x+dmin，y)與(x+dmax，y)兩像素確定的區間內運用TCT算法進行匹配。
【文檔編號】G01B11/25GK103900494SQ201410125392
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】周常河, 劉昆, 王少卿, 韋盛斌, 李樹斌, 朱鋒, 黃巍 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所