[发明专利]一种双目数字散斑图像相关的视差测量方法

说明书

发明提出了一种双目数字散斑图像相关的视差测量方法，双目立体视觉测量系统包括一台投影设备和两台相机。先采用张正友标定法，标定得到左、右相机的内参和外参；将分布密度可控的散斑图像投射到被测物体表面；左、右相机同步获得左、右图像；对散斑图像进行处理，使待匹配范围从二维图像减少到一维极线上；在右图像中选取一定形状和大小的待匹配窗口，采用改进的基于灰度图像的归一化互相关匹配算法，在左图像中寻找待匹配窗口的最优匹配窗口，计算出视差值；改变待匹配窗口内两边像素矩阵与中心像素点的间隔数，计算出多个视差值；最后，将视差按照间隔数的倒数进行加权平均，得到两个不同的视角下散斑图像的最终视差值。

技术领域

本发明属于计算光学显微成像技术，具体涉及一种双目数字散斑图像相关的视差测量方法。

背景技术

双目立体视觉是计算机视觉的一个重要分支，在许多领域均极具应用价值，如微操作系统的位姿检测与控制、机器人导航与航测、三维测量学及虚拟现实等。双目立体视觉测量系统类似于人的双眼，用两个摄像机记录同一物体在不同视角下的图像。为便于不同视角的相机图像之间进行的双目匹配，需要对拍摄的双目图像进行极线矫正。双目立体视觉测量方法具有高灵敏度、高测量精度、系统结构简单、成本低、非接触性等优点而日益受到人们的重视。

散斑投影是通过投影随机散斑图像到物体表面，增加物体表面的特征信息，有助于提高双目匹配的效果。对拍摄的图像进行极限矫正后，利用相似函数对散斑图像进行计算，获得散斑图像的匹配关系。随机散斑的结构光技术利用单张散斑图像即可实现，也是动态测量的重要手段之一。

依据采用最优化理论方法的不同，立体匹配算法可分为局部立体匹配算法和全局立体匹配算法。局部立体匹配算法的基本原理是给定在一幅图像上的某一点，选取该像素点邻域内的一个子窗口，在另一幅图像中的一个区域内，根据某种相似性判断依据，寻找与子窗口图像最为相似的子图，而其匹配的子图中对应的像素点就为该像素的匹配点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、快速的视差测量方法，具体是一种在双目测量系统下，基于数字散斑图像相关的视差测量方法。

本发明的技术方案如下：一种双目数字散斑图像相关的视差测量方法，步骤如下：

步骤一.搭建双目立体视觉测量系统，双目立体测量系统由左、右相机和投影装置构成，使得左、右相机平行放置；

步骤二.采用实心圆阵列标定板对左、右相机进行标定，分别获得左相机和右相机的内、外参数；

步骤三.获取分布密度可控的散斑图像，设置散斑图像的分辨率、散斑分布约束窗口以及散斑的大小等；

步骤四.投影单幅散斑图像到被测物体表面，左、右相机同步采集获得左图像和右图像；

步骤五.空间上的一点P，通过左、右相机成像后为P₁、P₂，P₂必定在相对于P₁的极线上；对左图像和右图像进行极限矫正，使得特征点的匹配范围由二维图像减少到一维极线上；

步骤六.以右图像为基本模块，以像素点为中心，选取一定形状和大小的待匹配窗口；在左图像的极线上的一定范围内进行逐像素的匹配，以相同形状和大小的窗口进行搜索；采用改进的基于灰度图像的归一化互相关算法，获得左图像中对应于右图像中像素的最优匹配点；

步骤七.由像素点的最优匹配关系，在像素坐标下，左图像中最优匹配像素点水平方向的像素坐标u_L与右图像中待匹配像素点水平方向的像素坐标u_R之间的差值即为视差，即d＝u_L-u_R；

步骤八.在其他条件不变的情况下，取多个间隔数K，形成多组待匹配窗口；重复步骤六和步骤七，可计算出间隔数为K时所对应的视差值将各视差值，按照间隔数的倒数进行加权平均，得到最终视差D，单位为pixel。