[发明专利]一种基于连通域分割的棋盘格图像快速特征匹配算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种计算机视觉技术，特别涉及一种基于连通域分割的棋盘格图像快速特征匹配算法，本发明是双目视觉领域一种基于连通域分割的棋盘格图像快速特征匹配算法。

背景技术

双目摄像头的标定是双目视觉领域的一个基本问题，广泛应用于计算机视觉、图像处理、模式识别领域，例如图像拼接、双目测距、立体深度获取、三维重建、手势控制、虚拟现实等。

双目摄像头的标定原理描述：通过获取双目摄像头所拍摄图像之间的对应关系，求解出双目摄像头之间的运动模型。目前有很多双目标定的方法，包括应用SSD、SAD、NCC等相似性度量因子的基于内容的方法、基于变换域的相位相关方法以及基于特征的方法等。其中，基于特征的方法是近年来研究较多的方法之一。

目前，基于特征的匹配方法，主要有基于Harris角点的匹配方法和基于SIFT特征的匹配方法。

基于Harris角点的匹配方法是，通过Harris角点检测算子检测出目标特征点集，以特征点为中心一个大小为n×n的块，计算匹配点之间的SSD或者NCC相似性度量因子来实现角点之间的匹配。

基于SIFT特征的匹配方法是通过高斯差分算子在图像的各个尺度空间检测极值，得到目标特征点集，根据极值点的方向向量来实现特征点之间的匹配。从算法复杂度方面分析，基于Harris角点的算法复杂度较低，但从算法匹配效果和鲁棒性方面，SIFT明显优于Harris。

针对棋盘格图像的双目标定，现有的匹配算法会有一个共同的问题：由于棋盘格图像的纹理重复度高，相同或高度相似的角点反复出现，很容易出现误匹配，仅从棋盘格角点特征进行角点匹配，难以保证匹配结果的稳定性，因此，本发明提出设置参考点来区分这些重复出现的纹理特征的方法，从而实现棋盘格图像匹配的快速性和鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于连通域分割的棋盘格图像快速特征匹配算法，该匹配算法实现了棋盘格图像匹配的快速性和鲁棒性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于连通域分割的棋盘格图像快速特征匹配算法，包含以下步骤：

(1)人工设计一幅带有标识图形的棋盘格图像，其中，标识图形位于棋盘格图像几何中心附近的某一个黑色方格中心，作为定位标识；然后使用待标定的双目摄像头拍摄两幅棋盘格图像；

(2)对拍摄的两幅图像进行二值化分割，二值化分割阈值可采用最大类间方差法获取，也可手动给定；

(3)选取5*5的对称结构元素，对二值化分割后的图像进行一次膨胀操作，使得黑色块互相独立，白色块互相连通；经过膨胀操作之后的图像，白色块仅剩下标识图形和一个由所有棋盘格白色块连通得到的大的白色块组成；

(4)对上一步经过膨胀操作之后的图像，采用基于连通域的分割算法，将左右两视角图像进行分割，并对每个分割块进行编号标记；

(5)对分割之后的棋盘格图像进行遍历搜索，统计所有白色块的大小，即像素数，并记录对应的块标记，块大小较小的白色块即为目标标识图形，计算并保存标识图形的质心坐标，然后将标识图形填充为黑色，避免其影响后面的匹配过程；

(6)通过Harris角点检测算子检测两幅原始棋盘格图像的角点，并存储角点坐标。然后通过SSD相似性度量因子和标识图形的质心坐标进行角点匹配，利用得到的匹配对，求出Homography矩阵，实现双目摄像头的标定；

步骤(1)中标识图形的形状为圆形、方形、正多边形，大小约为棋盘格方格的1/3，颜色为白色，标识图形的作用是为后续匹配提供参考坐标点；通过连通域分割算法，可将标识图形分割出来，拍摄棋盘格图像时，需要保证图像背景为白色，或者尽量使得棋盘格布满整幅图像，以保证分块结果的稳定性；图2给出了本发明具体实施例中的人工设计图；

步骤(2)对图像二值化是为了图像分块做进一步的准备工作。棋盘格图像本身的特殊性使得拍摄得到的图像主要分为白色和黑色两种颜色。但也有可能曝光差异、成像处理差异、假彩色等原因，拍摄得到的图像不完全是黑色和白色，因此需要对图像做二值化分割；