[发明专利]一种双目立体视觉测量的立体匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于逆向工程技术领域，涉及一种双目立体视觉测量的立体匹配方法。

背景技术

双目立体视觉中的立体匹配是指查找物体表面同一个可视点在左右摄像机采样图片中的对应像素位置。这是双目立体视觉中最复杂、最重要的环节。在摄像机标定基本成熟的环境下，立体匹配的准确性，成为影响三维测量精度最关键、最直接的因素，因此立体匹配成为目前国内外立体视觉研究者研究的热点、难点和重点。目前，双目立体视觉的立体匹配中，格雷码光栅编码解码、正弦光栅的解相、立体校正等技术已经比较完善和成熟，但目前在左右图片中查找匹配像素点的方法在准确性和效率上仍然不尽如人意。为进一步提高三维测量精度与效率，需要研究开发提高匹配准确性和效率的方法，这是本发明关注的问题。

另一方面，格雷码周期与相位周期发生错位，将直接影响匹配精度，使计算出的三维数据产生许多噪声点或三维点缺失。为解决此问题，尹丽萍等在学术期刊《哈尔滨理工大学学报》2007，12(5)，P5-8发表的学术论文“格雷码与相移结合的结构光三维测量技术研究”中提出逐行扫描每一个像素点，并分别对相邻两像素点做差运算比较，找到相位突变和解码周期增加的像素点的位置，若相位发生了突变，而其对应解码周期值并未增加，即k(i，j)＝k(i，j-1)，则调节解码周期值，使得k(i，j)＝k(i，j)+1，假若相位值未发生突变，而解码周期值增加即k(i，j)＝k(i，j-1)+1，则调节解码周期值，使得k(i，j)＝k(i，j)-1，从而确保解码周期和相位周期的变化保持一致。该方法获得了较好的校正效果，但由于其所从事的是仿真研究，格雷码周期与相位周期校正建立在格雷码值与相位值求解完全正确的基础上，而在实际测量中，受到噪声、物体表面对光敏感度不同等因素的影响，很难对格雷码值与相位值求解完全准确，如果还采用以上方法校正，当中间突然出现一个很大噪声，引发相位突变使得格雷码值加一，就会使得后续的所有点格雷码值加一，从而使得后续所有点的格雷码值经周期校正后比正确值大一。因此该方法不能完全解决周期错位问题。

对于左右两幅图像中对应像素点匹配查找问题，由于事前对图像进行了立体校正，匹配时只需在Y值相同的行方向搜索相位绝对值相同的像素点即可，当找到某一匹配点后，利用顺序性原则，下一点的匹配直接在该匹配点后续点中搜索，以提高匹配搜索速度，这就是传统的直接匹配。但在实际测量过程中，由于左右相机采样不一致，加上随机噪声的影响，利用直接匹配找到的匹配点数量少，只能生产稀疏不连续的视差图。

综上所述，传统双目立体视觉测量的左右图像对应点匹配查找方法存在匹配效率不高、匹配点查找数量较少等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双目立体视觉测量的立体匹配方法，以快速、准确地查找左右图片中的对应匹配点，为重建三维数据提供基础数据。

本发明一种双目立体视觉测量的立体匹配方法，包括以下几个步骤：

步骤1、采用最小周期为T＝16的格雷码编码图片，投影后通过左右摄像机采集该格雷码编码图片，并分别计算出该左右两幅图片中所有像素的格雷码值；

步骤2、基于优化正弦光栅参数生成正弦投影光栅图片，投影后通过左右摄像机采集该光栅图片，并计算出左右两幅图片中所有像素点的相位值；

所述的优化正弦光栅参数是指：

公式中，相关参数值为图像宽度D＝1024，像素周期T＝16，参数A＝100，B＝100；

步骤3、采用最大概率校正法对格雷码值和相位值之间的周期错位进行校正，使格雷码周期边缘的像素点构成一个正确而完整的相位周期；

步骤4、采用两步匹配法来查找左右两幅图片中的对应匹配点后，输出所有匹配点数据。

所述的步骤2中根据公式采用优化参数生成光栅图片，利用图像立体校正函数对光栅图片进行校正后，分别提取图片中各像素的灰度值I₀、I₁、I₂、I₃，按照下式计算左右图片中的相位值。

所述的步骤3中确定格雷码周期边缘像素点正确相位周期的最大概率校正法为：

①对经过对齐处理的图片，逐行扫描每一个像素点，并分别对相邻两像素点的相位主值差进行比较，找到两相位主值绝对差大于π的相位突变点并标记，则两相邻相位突变点之间的像素具有相同的相位周期；当某个相位周期内共有M个像素点，其中有N个像素点的格雷值为G_i，则这个相位周期的格雷码值为G_i的概率为(N/M)×100％；