[发明专利]一种基于几何约束的立体匹配快速成像方法

说明书

本发明属于多目成像领域，公开了基于几何约束的立体匹配快速成像方法，首先完成左右相机各自的单目标定和相互间的双目标定；对左右相机的相位作极线校正；使用深度范围约束检索匹配点的范围，通过左右相机包裹相位的对应匹配点相位相似性找到若干候选点，对候选点进行初步深度重建计算，对应深度差值最小的点为最终匹配点；将对应匹配点进行亚像素化并重建深度；判断有无新的深度物体加入或有无较大深度方向上的变动；若无较大差异则统计物体的各点深度信息，得到当前深度范围作为深度约束范围，否则将全局深度范围作为深度约束范围。本发明的优势在于大大减少了投影条纹数量，减少了待检索范围，降低了成像的时间，提高了成像的效率。

技术领域

本发明属于多目成像技术领域，尤其涉及一种基于几何约束的立体匹配快速成像方法。

背景技术

人有一双眼睛，能对同一物体形成视差值，根据视差获取物体在真实世界中的深度。因此，视觉成像中通常是用两个摄像机来获取二维图像信息，通过计算图像的视差，从而达到感知三维世界的目的。在计算机视觉中一般是根据所拍摄图像灰度的相关性，来判定对应的匹配点并确定视差，但把比较灰度相关性作为依据必然会带来视差的奇异性与像素的稀疏化，因此该法得到的视差值必然是耗时且稀疏的，大大的降低了成像的速度、精度与分辨率；在此基础上人们通过考虑对物体投影编码结构光给被测物体人为加一幅标记，根据该标记就能较快的得到高精度稠密的视差图，这就是利用编码结构光成像的方法。

在结构光双目成像中，一般的结构光双目重建点云方法是比较耗时的，最终成像速度很难超过3秒一帧，而且必须保证被测物处于一个静止的状态，这对一些需要快速测量的场景就很难有用武之地。那么在整个成像过程中最耗时的步骤主要有两个，在硬件端上主要是向被测物投影一套的条纹光栅图，该套条纹图必须能够保证相位解算后能够完全展开，这样能够保证在匹配点检索步骤时没有歧义匹配点，保证成像结果的正确性；在计算端上则是执行匹配点检索的时间，对应行检索需要检索每一个像素，大大的延缓了成像的速度。

发明内容

本发明的目的在于保证成像精度的同时，加快成像的速度，提供一种方法，通过同时改善硬件端采图数量与计算端缩小检索相位匹配范围来达到上述目的。

具体的，本发明公开的基于几何约束的立体匹配快速成像方法，包括以下步骤：

S101：完成左右相机各自的单目标定，左右相机相互之间的双目标定；

S102：左右相机均使用多个多步相移，通过不同频率间的关系展开成8频以下的包裹相位，然后对包裹相位作极线校正操作；

S103：通过深度约束范围确定检索匹配点的范围，然后在所述深度约束范围内找到左右相机包裹相位的候选匹配点，接着通过所述深度约束范围、级次唯一与左右相位一致性检验，确定最终的左右相机对应匹配点；

S104：将所述对应匹配点进行亚像素化，并根据双目标定参数重建出被测物的三维轮廓；

S105：比较当前测量物体与上一次测量物体相位的差异，判断有无新的深度物体加入或者有无深度范围上的变化；

S106：若步骤S105中无较大差异或无新的深度物体加入，则统计当前测量物体点云的深度信息，得到当前测量物体所处的深度范围，将得到的深度范围传递给所述深度约束范围，否则将全局深度范围赋值给所述深度约束范围，所述深度约束范围留作下次测量时使用；

S107：结束测量。

进一步的，所述S101步骤中通过额外的左右相机单目标定，在不使用对应匹配点信息情况下，对左右相机各计算出一个深度，为接下来的检索匹配点步骤提供一维辅助匹配信息，减少了匹配点时的歧义性与检索时长。

进一步的，所述S102步骤中不完全展开条纹组合，使用多个多步相移，通过不同频率间的关系展开成8频以下的包裹相位，使得相位精度不变的同时减少了条纹使用的数量，有效提升系统的成像效率。