[发明专利]一种基于搜索窗口自适应的视差估计方法

权利要求书

1.一种基于搜索窗口自适应的视差估计方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)读入两幅初始图像，并按照视差估计的要求对读入的两幅初始图像进行预处理；

(2)令预处理后的两幅图像中的一幅图像为目标图像，另一幅图像为参考图像，首先将目标图像分成尺寸均为M×N像素的块，在参考图像中一定范围内搜索每一个块的最佳匹配块，并记录每一个块与最佳匹配块之间的最小绝对值误差和MSAD和位移矢量d；然后将目标图像分成尺寸均为(M/2)×(N/2)像素的块，按照相同过程搜索每一个块的最佳匹配块，并记录每一块与最佳匹配块之间的最小绝对值误差和MSAD和位移矢量d；

(3)按照最小SAD准则，对目标图像的每一个位置进行判断，依据最小SAD准则选择最终的匹配结果，所述匹配结果是M×N块的搜索结果和(M/2)×(N/2)块的搜索结果之一，并将以块为单位的视差扩展至以像素为单位，形成与读入的初始图像尺寸相同的视差场。

2.根据权利要求1所述的一种基于搜索窗口自适应的视差估计方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：

(1.1)读入两幅初始图像，所述两幅初始图像由水平摄像机组在同一时刻拍摄自同一场景，使这两幅初始图像仅在拍摄视角上存在差异；

(1.2)判断两幅初始图像的宽度和高度是否相同，若不同，则无法进行匹配，提示报错并跳出；若相同，继续执行步骤(1.3)；

(1.3)若两幅初始图像为彩色图像，则分别将其转化为灰度图像，然后执行步骤(2)；若两幅输入图像为灰度图像，则执行步骤(2)。

3.根据权利要求1所述的一种基于搜索窗口自适应的视差估计方法，其特征在于：所述步骤(2)中的具体实现如下：

(2.1)对参考图像进行扩边处理，在参考图像的左右各增加b个像素，b须满足包含所有双目视图中只存在于一幅视图的场景内容，并令增加的像素灰度值为0，参考图像高度不变，宽度增加2×b个单位，且增加的部分为黑色；

(2.2)首先将目标图像分为M×N的块，称为宏块，其中M为每块宽度，N为长度，求出目标图像与参考图像对应位置块的SAD，作为搜索时用于比较的初始值，SAD定义为目标图像块与参考图像块之间的绝对值误差和，计算方法如下：

SAD[T(m,n),R(p,q)]=Σi=1MΣj=1N|GT(m+i,n+j)-GR(p+i,q+j)|]]>

为其中块的大小为M×N，T(m，n)为目标图像中某一块的左上角点，(m，n)为T的位置坐标；R(p，q)为参考图像中某一块的左上角点，(p，q)为R的位置坐标；G_T、G_R分别为目标图像和参考图像在某一坐标点的灰度值；i、j为遍历参数，分别依次取从0到M-1和从0到N-1之间的整数；

(2.3)对目标图像中某一块在参考图像中寻找最接近块，将搜索起点设置为目标图像中待匹配块的左上角点T(m，n)，在区间[m-b，m+b]内进行匹配，求出[m-b，m+b]内每个匹配位置与待匹配块之间的SAD，使SAD值取得最小的参考图像对应位置即为最佳匹配块，并保留这个SAD最小值，记为其中上标M×N代表所使用块的宽度乘以高度，代表尺寸；下标min代表这个SAD是所有匹配位置得到的SAD的最小值；当块的尺寸为正方形，即M＝N时，将这个SAD最小值记为将搜索到的最佳匹配块位置记录下来，并求出目标块与最佳匹配块之间的位移矢量，即视差，记作

d(m,n)M×N=(m-p,n-q)]]>

其中上标M×N代表所使用块的宽度乘以高度，表示尺寸；下标(m，n)代表待匹配的目标块的左上角坐标，等式右边的(i，j)表示视差矢量值，即水平方向和垂直方向上目标块和最佳匹配块的相对位移；当块的尺寸为正方形，即M＝N时，同一块的视差值记作

如果接受匹配的是目标图像中位于右下角的块，即待匹配块左上角坐标为(W-M，H-N)(其中W、H分别为目标图像宽和高，M、N分别为匹配块的宽和高)，则结束匹配，保存所有位置的SAD最小值和对应位置的视差矢量；否则，找到下一个待匹配的目标图像块，返回步骤(2.3)；

(2.4)将目标图像重新分块，分为(M/2)×(N/2)的块，称为子块，其中每块宽度为M/2，长度为N/2，求出目标图像与参考图像对应位置块的SAD，作为搜索时用于比较的初始值，然后依据如下公式计算每个(M/2)×(N/2)大小块的SAD：

SAD[T′(m,n),R′(p,q)]=Σi=1M/2Σj=1N/2|GT′(m+i,n+j)-GR′(p+i,q+j)|]]>

公式中参数除了块的高度和宽度分别变为步骤(2.2)公式中块高度和宽度的1/2之外，其它参数不变；

(2.5)按照步骤(2.3)中对目标图像中的每一个块在参考图像中寻找最接近块的方法，将搜索起点设置为目标图像中待匹配块的左上角点T′(m，n)，在区间[m-b，m+b]内进行匹配，求出[m-b，m+b]内每个匹配位置与待匹配块之间的SAD，使SAD值取得最小的参考图像对应位置即为最佳匹配块，并保留这个SAD最小值，记为将搜索到的最佳匹配块位置记录下来，并求出每一个目标块与最佳匹配块之间的视差矢量；此时块的宽和高分别变为步骤(2.3)中块高度和宽度的1/2；

如果接受匹配的是目标图像中位于右下角的块，即待匹配块左上角坐标为(W-M/2，H-N/2)，其中W、H分别为目标图像宽和高，M/2、N/2分别为匹配块的宽和高，则结束匹配，保存所有位置的SAD最小值和对应位置的视差矢量；否则，找到下一个待匹配的目标图像块，返回步骤(2.4)。

4.根据权利要求1所述的一种基于搜索窗口自适应的视差估计方法，其特征在于：所述步骤(3)中的具体实现如下：

(3.1)第一次分块时块的宽和高均为第二次分块的两倍，1个宏块在第二次分块中被分为4个子块；1个宏块与4个子块在位置上是对应的；在自适应选择宏块视差还是子块视差时，使用SAD最小准则，即比较1个M×N大小的宏块与最佳匹配块之间的SAD值和4个(M/2)×(N/2)大小的子块与它们各自的最佳匹配块之间的SAD值之和，记为如果则选择宏块视差如果则选择子块视差矩阵，记为其中(m，n)表示4个子块中最左上角的坐标；符号[·]₄表示子块视差矩阵由与宏块位置对应的4个子块组成：

[d(m,n)(M/2)×(N/2)(i,j)]4=d(m,n)(M/2)×(N/2)(i,j)d(m,n+N/2)(M/2)×(N/2)(i,j)d(m+M/2,n)(M/2)×(N/2)(i,j)d(m+M/2,n+N/2)(M/2)×(N/2)(i,j)]]>

(3.2)将以块为单位的视差扩展至以像素为单位，形成与输入图像尺寸相同的视差场，对目标图像中的某一宏块，如果在步骤(3.1)中选择了宏块视差则令宏块中每一点的视差矢量其中(x，y)为图像坐标系中某点坐标；如果在步骤(3.1)中选择了子块视差矩阵则令每个子块中的每一点的视差矢量分别等于这些点所在子块的视差矢量从而得到两幅由水平摄像机组，在同一时刻拍摄的两幅图像的视差图。