[发明专利]基于光流法的双目图像最大视差获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光流法的双目图像最大视差获取方法，属于计算机视觉领域。

背景技术

视觉是人类了解世界、认知世界的重要方式，人类视觉系统通过双眼成像来感知现实世界，具有从二维景物图像感知三维信息的能力。立体视觉系统类似地利用双目相机模拟人的双眼来获取外部信息，利用左右图像获取视差图，视差图可以用于三维重建，物体识别与跟踪，3D视频编码等领域，非常具有研究价值。在某些情况下，我们更关心的是视差中的最大值即最大视差。

现有的双目图像最大视差确定方法一般是由立体匹配算法得到，立体匹配算法通过寻找同一实际场景通过不同视角获得的图像投影点之间的一一对应关系，有局部立体匹配和全局立体匹配等方法。立体匹配方法最终得到该实际场景的视差图，然后在视差图中获取最大值。

普通匹配方法存在问题，得到的视差图中存在很多斑块，这是由于左右摄像机采集到的图像中存在大量弱纹理结构区域引起的。实际上由于光照变化、深度不连续、存在弱纹理及重复纹理和噪声干扰等的影响，同一景物在左右视点下的成像会有很大差异，会对获得精确的视差值造成困难，鲁棒性有待提高，同时立体匹配的计算量较大，使得最大视差值获取的实时性有待提高。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于光流法的双目图像最大视差获取方法。

不同于传统的立体匹配方法，本发明的具体创新点在于采用了光流法来获取最大视差。通过对左右摄像机采集到的图像进行一系列处理，得到图像上各点的运动矢量，对运动矢量进行分析判断最后得到最大视差，以便于进行下一步处理。由于光流法对弱纹理及重复纹理，噪声干扰等的影响较不敏感，可以得到较准确的最大视差值。

本发明的技术方案具体来说，主要包括如下技术内容：

1、由粗到精的多尺度计算：按照一定的采样标准，把原始图像分为多层，形成金字塔形式的图像结构，原始图像位于金字塔底部，而金字塔顶部则是图像分层后最低分辨率的近似。这样的多分辨率思想在使用光流分析大位移运动时特别适用，同时使用较小的取样因子使计算量减少，加快了计算速度。

2、CLG-TV光流法求解光流场。使用CLG-TV光流法处理左右图像获取光流运动矢量。

3、对光流算法中平滑项引入全局扩散系数，有效地在不连续处进行精确计算。

4、对光流算法中数据项的梯度算子以及窗口权重函数的改进。使用一种更加适用于计算最大视差的梯度算子的计算方法，并通过改进的双边滤波器来计算窗口权重函数。

5、考虑到最大视差唯一性的特点，分简单和复杂两次计算光流，有效减小计算量，加快了计算速度。

本发明的流程图如图1所示，实施流程如下：

步骤1、使用左右摄像机采集到的双目图像序列输入计算机，首先对输入图像做预处理，如果源图像的分辨率较大可以先做下采样使图像缩小到VGA级别以减少计算量，由于本方法不使用图像的彩色信息，首先将彩色图转为灰度图，公式如下：

I＝0.299R+0.587G+0.114B

然后对图像进行高斯平滑操作来消除摄像头采集过程中产生的随机噪声。

步骤2、使用CLG-TV光流法求解光流场，得到初步估计。

光流用来描述物体在观测到的图像中的二维运动，光流法运动估计的计算结果为图像中像素的运动矢量。理想情况下，对双目图像计算光流场将得到图像中像素点的水平运动矢量，这些水平运动矢量就等于立体匹配算法得到的各像素点的视差，可见光流法计算的运动矢量包含有视差信息，可以应用于双目图像最大视差的获取。光流法的基本假设将亮度约束和平滑约束相结合，既保证了运动矢量计算的准确性，又使得各区域内运动矢量能够平滑过渡，是一种高精度的运动估计方法。实际图像存在复杂多变的情况，同一景物在左右视点下的成像会有很大差异，会对获得精确的视差值造成困难。利用光流法求解最大视差的优势就在于光流法的精度能够达到亚像素级，完全可以胜任于最大视差的计算；光流法对传统方法中比较难以处理的深度不连续、弱纹理及重复纹理，噪声干扰等问题的鲁棒性强。