[发明专利]一种基于Census变换和灰度绝对差的混合匹配双目视觉系统

权利要求书

1.一种基于Census变换和灰度绝对差的混合匹配双目视觉系统，其特征在于：所述系统包括相互之间电性连接的双目图像数据采集模块、FPGA图像数据处理模块和视差图输出显示模块；所述FPGA图像数据处理模块包括图像矫正、图像预处理、图像变换以及双目匹配过程；

所述双目图像数据采集模块为CMOS传感器；所述图像矫正过程使采集到的图像位于同一水平线，然后将矫正后的图像灰度化，完成图像预处理；再进行图像变换步骤，包括图像边缘检测、自适应窗口大小的Census变换、灰度绝对差计算、相似度匹配函数计算；

所述图像边缘检测利用Sobel算子进行图像边缘检测，计算图像数据的梯度值；

所述自适应窗口大小的Census变换根据Sobel算子计算得到的梯度值，使用状态机对不同范围梯度值的像素点跳转进入不同窗口大小的Census变换，而后得到双目图像对应像素点的汉明距离；

所述Sobel算子为改进的Sobel算子：

使得G＝|G_x+G_y|，而

SH＝middle(p₁+p₂+p₃+p₄+p₅+p₆+p₇+p₈+p₉),SL＝0.5×middle(p₁+p₂+p₃+p₄+p₅+p₆+p₇+p₈+p₉)，

令SH和SL分别作为高低阈值，进行不同窗口的Census变换；

所述自适应窗口大小的Census变换，对于实现n×n窗口大小的Census变换，通过使用n个FIFO实现其目的，其中第1个FIFO的读使能信号为数据图像数据有效信号，第i个FIFO的读使能信号为第i+1个FIFO的写使能信号，第i个FIFO的写使能信号为第i-1个FIFO的读使能信号，且i≠1；使得n个相同列的数据同时读出，最终实现n×n窗口大小的Census变换，再求得对应像素点的汉明距离；所述n为7或9或11；

所述灰度值计算为计算同一时刻两幅图像数据对应指定像素点的灰度绝对差值；

所述相似度匹配函数计算：对相同像素点Census变换后得到的汉明距离和灰度绝对差值，分别加权并相加，作为双目匹配的相似性检测函数；

所述双目图像数据采集模块采集到的图像为左右两幅图像，对于左右两幅图像，以左图像为参考图像，右图像为目标图像，d为视差搜索范围，将目标图像同一帧的Census变换后的数据和灰度数据拼接成为一个N位的数据，存入N×d位的移位寄存器，不断更新移位寄存器中的数据，计算与参考图像的相似度匹配函数，记录最小值所对应的像素点，即为最佳匹配点；

所述相似度匹配函数计算如下：设定相似度匹配函数为S(x)_i＝αHaming(x,x+i)+β|I_L(x)-I_r(x+i)|，其中Haming(x,x+i)为左右图像对应像素数据的汉明距离，I(x)为图像的灰度数据，α、β为自定义的加权系数，要求α+β＝1，可根据不同环境条件下，调整α、β的大小，改变两种变换所占比大小，使得匹配达到最好效果；以相似度匹配函数为条件，在视差搜索范围内，遍历所有像素点，其值最小的即为最佳匹配点；

利用双目匹配的相似性检测函数记录最小值所对应的像素点，即为最佳匹配点，通过视差图输出显示模块输入显示。

2.根据权利要求1所述的双目视觉系统，其特征在于，所述自适应窗口大小的Census变换对于梯度值大于或等于SH的图像数据，进行7×7窗口的Census变换；对于梯度值大于SL且小于SH的图像数据，进行9×9窗口的Census变换；对于梯度值小于或等于SL的图像数据，进行11×11窗口的Census变换。

3.根据权利要求2所述的双目视觉系统，其特征在于，所述双目图像数据采集模块为改进的无图像畸变的采集大小为640*480的两个OV5640摄像头。

4.根据权利要求3所述的双目视觉系统，其特征在于，所述FPGA图像处理模块包括Census变换和灰度绝对差值两路，Census变换支路分别连接电性FIFO、DDR3和FIFO，实现双目图像的实时缓存。