一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法组成比例

本发明专利技术提出了基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，用从左右两个观察点对同一景物拍摄到的一对图像作为输入数据，先让右图像从左到右在左图像上水平移动，直到右图像移过整个视差范围为止，在每个滑动位置处，计算每对左右对应像素点之间的归一化的颜色绝对差与普查变换代价，进而再组合成匹配代价；为每对左右对应像素点构造外形自适应的支持窗口，并在其上进行代价聚合；通过组合8向一维平滑约束来对聚合代价进行一个半全域二维优化，从而确定像素的视差值。还对视差图中的异常值进行查错与纠错处理。本发明专利技术为匹配外形不同的图区提供了自适应的支持窗口，避免了传统十字架支持窗口的局限。它还适用于并行计算，实现了精度与速度的平衡。度与速度的平衡。度与速度的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法


[0001]本专利技术涉及一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，属于计算机数字图像处理领域。

技术介绍

[0002]立体匹配是用图像匹配方法从二维图像中提取景物三维信息的关键技术。一类领先的立体匹配算法采用刚性十字架来构造支持窗口。然而，这种构造法在处理不同外形，特别是非规则外形的图区时有困难。针对这一问题，本专利技术提出了一种采用外形自适应支持窗口的立体匹配算法。它为匹配外形不同的图区提供了自适应的支持窗口，避免了传统十字架支持窗口的局限，从而提高了立体匹配的精度。它还适用于并行计算，实现了精度与速度的平衡。
[0003]外形自适应支持窗口的立体匹配算法具有以下两个特点。首先，提出了一种新的外形自适应支持窗口(shape adaptive support window，SAS)构造法。该方法按与待匹配像素点所在图区的外形(外轮廓线)自适应的方式来提取支持窗口。因此，较之用刚性十字架来描述外形的传统构造法，SAS构造法对非规则外形的图区的适应性高。另外，已将DAS构造法整合到了一个适用于并行计算的立体匹配系统中，实现了精度与速度的平衡。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，用于克服传统十字架支持窗口的局限、立体匹配精度不高、速度和精度不平衡的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，所述方法的具体步骤如下：
[0006]A、输入数据：从左右两个观察点对同一景物拍摄到的一对图像(I(x)，I
′
(x
′
))作为匹配系统输入数据，对匹配系统参数进行赋值；
[0007]B、初始化匹配代价：让右图像在左图像上从左向右水平移动，直到右图像移过整个视差范围为止；同时，在每个滑动位置的视差值处d，d＝x
‑
x
′
，计算每对左右对应像素点(x,x
′
)之间的归一化的颜色绝对差与普查变换代价，进而再组合成匹配代价c(x,x
′
)；
[0008]C、代价聚合：为每对左右对应像素点(x,x
′
)构造外形自适应支持窗口W，并在其上计算聚合代价C(x，d)；
[0009]D、视差计算：通过组合8向一维平滑约束来对像素x的聚合代价C(x，d)进行一个半全域二维优化，从而确定像素的视差值d
x
；
[0010]E、视差精细化：对视差图中的异常值进行查错与纠错处理。
[0011]作为本专利技术的进一步方案，所述步骤A中，一对输入图像(I(x)，I
′
(x
′
))中的左图像I(x)与右图像I
′
(x
′
)的高度h相同，即索引相同的左右行互为对应行；另外，为下面9个系统参数d
max
、λ
AD
、λ
CT
、Π1、Π2、τ1、τ2、τ3和τ4赋值；其中，d
max
为允许的最大视差、λ
AD
为颜色绝对差代价的控制参数、λ
CT
为普查变换代价的控制参数、Π1与Π2均为视差不光滑的代价常数、
τ1为边缘色差的下界、τ2为正常点匹配代价的最小值与次小值之比的阈值、τ3为窗口内稳定点个数的阈值，τ4为窗口内稳定点与正常点之比的阈值。
[0012]作为本专利技术的进一步方案，所述步骤B的具体步骤如下：
[0013](1)首先，计算改进的普查变换的汉明距离代价c
CT
′
(x，x
′
)，对像素x的9
×
7的局域窗口进行普查变换，通过比较普查变换后窗口中每个图像I(x
i
)与窗口灰度中值而非原方法所采用的左图像I(x)或右图像I
′
(x
′
)，以提取一个63位的x的空间结构描述符；
[0014](2)计算(x，x
′
)的空间结构描述符之间的归一化的汉明距离代价c
CT
(x，x
′
)；
[0015]然后，再计算颜色绝对差代价c
AD
(x，x
′
)如下：
[0016][0017]进一步，用下面的健强函数来对代价c(x，x
′
)归一化：
[0018][0019]式中，λ为控制c值的相对影响的参数；
[0020]最后，按等权重把c
CT
(x，x
′
)与c
AD
(x，x
′
)组合成匹配代价c(x，x
′
)，计算如下：
[0021][0022]式中，λ
AD
与λ
CT
的值用c
AD
与c
CT
的极值c
ADmax
与c
CTmax
自适应地确定：λ
CT
＝c
CTmax
，λ
AD
＝(c
CTmax
/c
ADmax
)λ
CT
。
[0023]作为本专利技术的进一步方案，所述步骤C中，用外形自适应支持窗口构造法，为每对左右对应像素点(x，x
′
)各构造两个交叉连通支持窗口：一个是由水平臂与其交叉臂的组成，另一个则是由垂直臂与其交叉臂组成；具体构造步骤叙述如下：
[0024]1、水平臂与其交叉臂组成的支持窗口的构造步骤如下：
[0025](1)以像素x为中心，沿水平轴向左右扩张；
[0026](2)以像素x为中心，向上下各7个方向扩张；
[0027]2、垂直臂与其交叉臂组成的支持窗口的构造步骤如下：
[0028](1)以像素x为中心，沿垂直轴向上下扩张；
[0029](2)以像素x为中心，向左右各7个方向扩张；
[0030]另外，构造出的交叉型骨架的4个臂健全，即每个臂至少应有一个像素，如果某个臂缺了，则将该臂设为其正方向上的第一个像素，在为每个像素点建立了交叉型骨架后，像素x的支持窗口就是其交叉臂上所有像素点的水平或垂直臂的集合；
[0031]在构造了对应点(x，x
′
)的支持窗口(W(x)，W
′
(x
′
))之后，就在其交集W(x)∩W
′
(x
′
)构成的聚合窗口W(x，x
′
)或W(x，d)上对匹配代价c(x，d)进行聚合，计算出下面的聚合代价C(x，d)：
[0032][0033]最后，用正交积分图像来实现匹配代价的聚合，并通过扩散来进一步稳定聚合代价值，其具体过程如下：
[0034](1)计算水平与垂直扫描线的积分代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：A、输入数据：从左右两个观察点对同一景物拍摄到的一对图像(I(x)，I
′
(x
′
))作为匹配系统输入数据，对匹配系统参数进行赋值；B、初始化匹配代价：让右图像在左图像上从左向右水平移动，直到右图像移过整个视差范围为止；同时，在每个滑动位置的视差值处d，d＝x
‑
x
′
，计算每对左右对应像素点(x,x
′
)之间的归一化的颜色绝对差与普查变换代价，进而再组合成匹配代价c(x,x
′
)；C、代价聚合：为每对左右对应像素点(x,x
′
)构造外形自适应支持窗口W，并在其上计算聚合代价C(x，d)；D、视差计算：通过组合8向一维平滑约束来对像素x的聚合代价C(x，d)进行一个半全域二维优化，从而确定像素的视差值d
x
；E、视差精细化：对视差图中的异常值进行查错与纠错处理。2.根据权利要求1所述的基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，其特征在于：所述步骤A中，一对输入图像(I(x)，I
′
(x
′
))中的左图像I(x)与右图像I
′
(x
′
)的高度h相同，即索引相同的左右行互为对应行；另外，为下面9个系统参数d
max
、λ
AD
、λ
CT
、Π1、Π2、τ1、τ2、τ3和τ4赋值；其中，d
max
为允许的最大视差、λ
AD
为颜色绝对差代价的控制参数、λ
CT
为普查变换代价的控制参数、Π1与Π2均为视差不光滑的代价常数、τ1为边缘色差的下界、τ2为正常点匹配代价的最小值与次小值之比的阈值、τ3为窗口内稳定点个数的阈值，τ4为窗口内稳定点与正常点之比的阈值。3.根据权利要求1所述的基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，其特征在于：所述步骤B的具体步骤如下：(1)首先，计算改进的普查变换的汉明距离代价c
CT
′
(x，x
′
)，对像素x的9
×
7的局域窗口进行普查变换，通过比较普查变换后窗口中每个图像I(x
i
)与窗口灰度中值而非原方法所采用的左图像I(x)或右图像I
′
(x
′
)，以提取一个63位的x的空间结构描述符；(2)计算(x，x
′
)的空间结构描述符之间的归一化的汉明距离代价c
CT
(x，x
′
)；然后，再计算颜色绝对差代价c
AD
(x，x
′
)如下：进一步，用下面的健强函数来对代价c(x，x
′
)归一化：式中，λ为控制c值的相对影响的参数；最后，按等权重把c
CT
(x，x
′
)与c
AD
(x，x
′
)组合成匹配代价c(x，x
′
)，计算如下：式中，λ
AD
与λ
CT
的值用c
AD
与c
CT
的极值c
ADmax
与c
CTmax
自适应地确定：λ
CT
＝c
CTmax
，λ
AD
＝(c
CTmax
/c
ADmax
)λ
CT
。4.根据权利要求1所述的基于外形自适应支持窗口的立体匹配方法，其特征在于：所述步骤C中，用外形自适应支持窗口构造法，为每对左右对应像素点(x，x
′
)各构造两个交叉连通支持窗口：...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶俊，张引，王丰平，张云，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：