[发明专利]基于双图片匹配的深度估计的四维多项式模型

说明书

技术领域

本发明一般地涉及相机深度估计，更具体地涉及利用图片匹配的深度估计。

背景技术

为了获得最令人满意的输出，在捕获图像时相机必须被适当地对焦。已经开发了多种系统来估计和/或获得适当的相机对焦。下面将对典型相机-镜头系统内的元件及其相关的特性进行简单讨论。

照相镜头的基本光学参数可能可以被认为是其最大光圈和焦长。焦长决定了视角，以及对于给定的与对象(subject)相距的距离(物距)，图像相对于物体(对象)尺寸的尺寸。最大光圈(光圈数(f-number)或光圈级数(f-stop))限制图像亮度以及可用于给定设置(焦长/有效光圈)最快快门速度，其数值越小，表示越多的光被提供到焦平面，所述焦平面通常可以被认为是简单数字相机中的图像传感器面。相机的焦长可以是单焦长或是可响应于调节所谓的“变焦”控制变化的。

一种形式的简单镜头具有单焦长并且也被称为“定焦镜头(prime lens)”，其在技术上是具有单个元件的镜头，但是通常使用更广泛。在利用单焦长镜头对相机进行对焦时，镜头和焦平面之间的距离被改变，导致照相对象到该平面上的焦点的变化。因此，虽然单焦长镜头具有固定的光学关系和焦长，但是其在相机中被用于对于在一定焦长范围内的对象进行聚焦。因此，不应根据调节该镜头相对于焦平面的位置改变焦长，来混淆镜头的焦长(一个或多个)与利用该镜头可在相机上获得的对焦范围。

为了使用单焦长镜头，调节光圈，以针对期望的快门速度选择光的量，然后根据物距调节对焦，此后快门被“松开”，图像被拍摄。应该理解，用于图像捕获的触发机构在此被称为“快门松开”，在数字相机中捕 获图像的过程在很大程度上是电子执行地。通常在其他的单焦长镜头上，宏观设置(macro setting)通常设有不同的焦长选择，用于拍摄特写镜头。远摄(telephoto)镜头以高倍率提供非常窄的视角，用于为画面帧(frame)填充来自远距物体的图像。

多焦长镜头通常被称为“变焦”镜头，因为图像倍率根据需要可以是“变焦的”或者“未变焦的”，从而获得更高或更低的倍率。变焦镜头允许用户选择对象的倍率量，或者换一种方式说，允许用户选择对象被变焦以填充画面帧的程度。了解到这些镜头或相机镜头系统的变焦功能在概念上与聚焦控制和光圈控制二者是分开的这一点是重要的。

不管是利用单焦长镜头还是利用多焦长镜头，都有必要针对给定的物距来适当地聚焦镜头。对于给定的聚焦设置，可接受的聚焦范围被称为“景深”，其是对物体空间或对象空间中的可接受锐度的深度的度量。例如，在15英尺的物距的情况下，高清晰度相机的可接受聚焦范围可以是约为几英寸，而最佳的聚焦可能要求更高的精度。将会认识到，随着聚焦从中间距离向外朝着“无限远”(例如拍摄远处的山、云等的图像)移动，景深增大，在该范围上当然具有无限制的景深。

对于单焦长镜头，在给定的光圈设置下，对于从相机到对象的给定距离(物距)将存在单个最佳聚焦设置。比相机的焦距更近或更远的对象部分将在所捕获的图像中显示出受到某种程度的模糊，这取决于影响景深的许多因素。然而，在多焦镜头中，对于镜头可获得的每个镜头倍率(镜头焦长)都存在最佳的焦点。为了提高实用性，镜头制造者大大降低了对响应于变焦设置而重新聚焦的需要，但是重新聚焦的必要性取决于所使用的特定相机镜头系统。另外，光圈设置可能需要响应于不同的变焦倍率水平而改变。

最初，相机聚焦仅仅可以响应于操作者的识别和手动聚焦调整而被确定和校正。然而，由于聚焦对结果的重要性，已经采用了聚焦辅助。最近，成像装置(imaging device)通常提供自动聚焦到对象上的能力，这是目前一般称为“自动聚焦”的功能。因为诸多的现有自动聚焦机制各自存在缺点和折衷，所以聚焦仍然是密集的技术开发点。

存在两种一般类型的自动聚焦(AF)系统，主动自动聚焦和被动自动聚焦。在主动自动聚焦中，一个或多个图像传感器被用来确定离焦点的距离，或者以其他方式在图像捕获镜头系统外部检测聚焦。主动AF系统可以执行快速聚焦，但是它们通常不会通过窗口来聚焦，或者在其他特定应用中由于声波和红外光被玻璃和其他表面反射而通常不会聚焦。在被动自动聚焦系统中，使用所观看的图像的特性来检测和设置聚焦。

多数高端SLR相机目前使用透过镜头型(through-the-lens)光学AF传感器，这些光学AF传感器例如可被用作测光计。这些现代AF系统的聚焦能力通常比通过普通取景器而手动获得的精度更高。