[发明专利]一种基于代价聚合的立体匹配方法

权利要求书

1.一种基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.建立测量系统，所述测量系统包括有安装板以及滑动设置在所述安装板上的立体视觉模块和数字散斑投影模块；其中立体视觉模块包括两个在物理位置上相对平行的工业相机；

S2.对所述立体视觉模块中的两个工业相机进行标定及图像矫正；

S3.通过数字散斑投影模块形成数字散斑并投影到被测物体表面；

S4.通过立体视觉模块拍摄具有数字散斑纹理的图像并进行预处理后，进行立体匹配计算，从而得到被测物体的三维数据信息。

2.根据权利要求1所述的基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，所述步骤S1还包括以下步骤：针对被测物体及不同的测量精度要求对所述立体视觉模块和数字散斑投影模块进行选型及位置调整，然后使两者的位置相对固定。

3.根据权利要求1所述的基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，步骤S4所述的预处理包括：根据所述工业相机标定得到的标定参数对所述立体视觉模块拍摄到的左右两幅具有数字散斑纹理的图像进行矫正。

4.根据权利要求3所述的基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，步骤S4所述的进行立体匹配计算具体包括以下步骤：

S41.对所述立体视觉模块预处理后的左右两幅图像通过ADCensus立体匹配算法进行匹配代价计算；

S42.对于匹配代价计算得到的匹配代价，利用基于LOG算子加权的二次引导滤波进行代价聚合计算；

S43.对于经代价聚合计算后的匹配代价利用胜者为王的算法提取初始视差；

S44.对初始视差采用快速加权中值滤波进行优化处理，得到被测物体的三维数据信息。

5.根据权利要求4所述的基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，所述步骤S42的具体步骤包括：

S421.构建第一引导滤波器及第二引导滤波器，其中第一引导滤波器和第二引导滤波器为两个相同的且采用LOG算子加权的引导滤波器；

S422.利用所述第一引导滤波器对输入图像p进行滤波，其中第一引导滤波器的引导图像采用预先设定的引导图像I或输入图像p，得到边缘保持的输出图像q；所述输入图像p为所述立体视觉模块预处理后的左右两幅图像通过ADCensus立体匹配算法进行匹配代价计算得到的匹配代价；

S423.将输出图像q作为第二引导滤波器的引导图像，并利用第二引导滤波器对输入图像p进行滤波，输出经过第二次引导滤波后的图像q1。

6.根据权利要求5所述的基于代价聚合的立体匹配方法，其特征在于，步骤S421中所述的采用LOG算子加权的引导滤波器具体为：

构建引导滤波模型：

式中:w_k是以像素k为中心，半径为r的方形窗口；a_k和b_k为当窗口中心位于k时刻时该线性函数的不变系数；I为引导图像，q为输出图像；i为点k为中心窗口的领域点；为任意的k都属于w_k；

构建引导滤波算法的函数模型：

式中：E为函数模型能量；ε为惩戒参数，防止a_k取值过大；p_％为输入图像p在i的像素值；其中a_k和b_k的值利用最小二乘求得：

式中：μ_k和分别为引导图像I的局部窗口w_k中的均值和方差；|w|为窗口w_k中的像素个数；为待滤波图像p在窗口w_k中的均值；

使用LOG算子的加权滤波，从而使惩戒参数自适应调整，兼顾被测物体的不同纹理，其中LOG算子的表达式为：

式中：x,y分别为像素点的行、列坐标；δ为标准差；则LOG算子权值项T(S)的表达式为：

式中：S为局部窗口内的中心像素；S′局部窗口内的所有像素；|LOG(S)|表示高斯拉普拉普算子的幅值；N为局部窗口内的像素总数；δ为窗口内LOG算子幅值最大值的十分之一；在图像边缘LOG算子的幅值总大于低纹理区域的幅值，所以T(S)在边缘区域总大于1，而在低纹理区域总小于1；

联立以上各式得到采用LOG算子加权的引导滤波器为：

则：

式中：γ为一个小于1的参数。