一种基于代价聚合的立体匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于代价聚合的立体匹配方法，通过建立测量系统，其包括有安装板以及滑动设置在安装板上的立体视觉模块和数字散斑投影模块；对立体视觉模块中的两个工业相机进行标定及图像矫正；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；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。本发明专利技术可适应不同大小尺寸的被测物体、提高无纹理或者弱纹理被测物体的测量精度，同时不易受环境光照的影响，使得在该测量系统进行形貌测量，其稳定性好并更具适应性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于代价聚合的立体匹配方法
本专利技术涉及图像数据处理
，尤其涉及一种基于代价聚合的立体匹配方法。
技术介绍
现有的非接触式三维视觉测量主要分为立体视觉和结构光三维视觉。线结构光测量方法是基于光学三角法测量原理的一种测量方法，主要由光学投射器，摄像机和计算机系统组成。光学投射器将一定模式的结构光投射于物体的表面，在表面形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。立体视觉是基于视差原理，由三角法原理进行三维信息的获取。它就是利用多台相机拍摄同一个物体，获取被测物体多个视角下的图像，最后通过视差计算恢复图像的三维模型。而在现有的立体视觉方法中，根据相机个数，可以分为双目视觉和多目视觉，多目视觉主要有单目多位姿的立体视觉和多目立体视觉。其中，传统的双目立体视觉对被测物体纹理特征过分依赖，使得对被测物体的适应性差，对弱纹理或者无纹理的测量精度差。而双目立体视觉与散斑投射的快速形貌测量的装置精度较好，但由于整机设计尺寸小，双目相机与散斑投射器位置固定，只适用于小型工件。传统主动结构光存在相位展开困难和误差扩散，易受光照影响，不适合在不同明暗度的环境下测量的缺点。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的立体匹配方法因难以适应不同大小尺寸的被测物体、对被测物体纹理特征过分依赖、易受光照影响而存在适应性差和精准度低的问题，提供了一种基于代价聚合的立体匹配方法。为实现以上专利技术目的，而采用的技术手段是：一种基于代价聚合的立体匹配方法，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。上述方案中，通过用立体视觉模块和数字散斑投影模块相结合的测量系统获取三维信息，该测量系统可以在一定量程内调整测量位姿，以适应不同大小尺寸的被测物体。根据不同的被测物体选取合适的工业相机和数字散斑的相关参数，提高无纹理或者弱纹理的被测物体的测量精度，同时不易受环境光照的影响，使得在该测量系统进行形貌测量，其稳定性好并更具适应性。优选的，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。在本优选方案中，在选型过程中，针对不同的被测物体及不同的测量精度要求可以选择不同的相机，同时立体视觉模块和数字散斑投影模块可以在安装板上滑动，以便对不同的被测物具有更良好的适应性。在立体视觉模块和数字散斑投影模块的位置相对固定之后在进行三维测量。优选的，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。优选的，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。在本优选方案中，针对数字散斑投影时引入的噪声通过基于LOG算子加权的二次引导滤波的代价聚合算法进行噪声抑制，使得匹配精度更高，降低误匹配率。优选的，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根据具体应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。优选的，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:wk是以像素k为中心，半径为r的方形窗口；ak和bk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wk；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ak取值过大；p％为输入图像p在i的像素值；其中ak和bk的值利用最小二乘求得：式中：μk和分别为引导图像I的局部窗口wk中的均值和方差；|w|为窗口wk中的像素个数；为待滤波图像p在窗口wk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；Sg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。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术提供的基于代价聚合的立体匹配方法使用数字散斑增加被测物体的纹理信息，同时测量系统中双目立体视觉模块与数字散斑投影模块之间的位置是可以相对移动调节的，对不同尺寸被测物体的适应好；同时对于弱纹理和无纹理的被测物体而言，使其不易受光照环境的影响，从而提高了测量精度。另外，对于在投影散斑时会引入的噪声，本专利技术中提出了一种基于LOG算子加权的二次引导滤波的代价聚合算法，与传统引导滤波代价聚合算法相比，本专利技术引入LOG算子加权使得惩戒参数ε是自适应的，使得算法兼顾不同的纹理；同时引入了二次引导滤波，可抑制噪声的影响，提高立体匹配精度，减少误匹配率。本专利技术解决了现有的立体匹配方法因难以适应不同大小尺寸的被测物体、对被测物体纹理特征过分依赖、易受光照影响而存在适应性差和精准度低的问题。附图说明图1为本实施例中测量系统的主视图。图2为本实施例中测量系统的仰视图。图3为本实施例中基于代价聚合的立体匹配方法的总流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1.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；/nS2.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；/nS3.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；/nS4.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。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄奉安，杨雪荣，成思源，汤星，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44