改进的跨尺度引导滤波立体匹配算法

作为双目三维重建中的关键步骤,双目立体匹配算法完成了从平面视觉到立体视觉的转化.但如何平衡双目立体匹配算法的运行速度和精度仍然是一个棘手的问题.本文针对现有的局部立体匹配算法在弱纹理、深度不连续等特定区域匹配精度低的问题,并同时考虑到算法实时性,提出了一种改进的跨多尺度引导滤波的立体匹配算法.首先融合AD和Census变换两种代价计算方法,然后采用基于跨尺度的引导滤波进行代价聚合,在进行视差计算时通过制定一个判断准则判断图像中每一个像素点的最小聚合代价对应的视差值是否可靠,当判断对应的视差值不可靠时,对像素点构建基于梯度相似性的自适应窗口,并基于自适应窗口修正该像素点对应的视差值.最后通过视差精化得到最终的视差图.在Middlebury测试平台上对标准立体图像对的实验结果表明,与传统基于引导滤波器的立体匹配算法相比具有更高的精度.     

基于双目视觉的立体匹配算法研究

根据立体匹配原理,采用双目摄像头对图像进行采集,通过对摄像机的标定和图像立体校正、图像分割与立体匹配得到最后的视差图;根据最后的视差图以及算法的速度来评价算法的性能。实验结果表明,图像的视差图十分接近真实视差图,效果明显。     

基于多目立体匹配的深度获取方法

提出一种深度获取方法,利用基于颜色分割的多目立体匹配算法,从多个视点图像中提取深度信息。利用mean-shift算法,根据颜色信息分割参考图像,提取图像中的颜色一致性区域,通过局部窗口匹配算法进行多目立体匹配得到多幅初始视差图,根据融合准则将多幅视差图合成为一幅视差图以提高视差图的精度并对视差图进行优化后处理,按照视差与深度的关系,将视差图转化为深度图。该算法能有效处理匹配过程中的遮挡区域,提高匹配精度和视差图的准确度。     

基于最大窗口的二次立体匹配方法

文中提出了一种新颖的基于窗口的立体匹配方法,该方法首先在最大窗口内估计视差,并假设该窗口内视差一致,在此基础上得到两个最大的匹配窗口,然后在这两个最大窗口内进行二次匹配,得到基于这两个窗口的逐像素视差,估计视差和像素视差之和就是结果视差。对相对较平滑或平滑均匀的区域,在匹配过程中,会出现匹配最小多值问题,面临如何确定最佳匹配。本文算法采用平滑性测度指标函数来屏蔽平滑或平滑均匀区域,并在匹配完成后,按照最近邻视差均值来估计平滑区域的视差。最后通过立体图像对算法进行了测试。实验结果表明,该方法是可行和有效的。     

基于秩空间的二次立体匹配

提出了一种基于秩空间的区域立体匹配算法。首先对立体图像进行秩（rank）变换,将图像从灰度空间变换到秩空间,消除因噪声和两个摄像机参数不一致产生的干扰,再根据自然视频序列每幅图像多数景物景深变化不大的事实,把视差分解为全局视差与局部视差之和,在秩空间进行二次立体匹配：先在最大窗口内估计全局视差,然后在这个最大窗口内采用块匹配方式进行二次匹配求各点的实际视差。该二次立体匹配算法有效地消除了误匹配,提高正确匹配率。实验结果证明,提出的算法优于传统的基于区域的立体匹配方法。     

面向双目立体视觉的迭代式局部颜色校正

在双目立体视觉中,由于相机参数设置差异、环境光照变化、拍摄物体表面非理想漫反射等因素,拍摄获得的立体图像对可能存在颜色差异,进而降低视差计算的准确性.针对这一问题,提出一种面向双目立体视觉的迭代式局部颜色校正方法.首先使用Meanshift算法以不同粒度对2幅图像进行分割,并基于SIFT特征匹配、区域分布及颜色差异初步建立2幅图像中物体间的对应关系;然后使用加权局部颜色校正方法,逐区域进行颜色校正,由于双目图像中物体遮挡范围不同,初步的区域对应存在误差,因此利用校正的双目图像计算视差图,基于视差图像对之间稠密的像素对应,优化立体图像对的区域分割,建立更准确的对应关系,并再次进行颜色校正;迭代地进行立体匹配、优化图像区域对应和颜色校正,直至获得最佳的立体匹配结果.与已有颜色校正方法对基准测试图像集的处理结果表明,文中方法可以有效地提升立体图像对的颜色相似度,提高立体匹配视差结果的准确性.     

一种改进的区域双目立体匹配方法

双目立体匹配是机器视觉中的热点、难点问题。分析了区域立体匹配方法的优缺点,提出了改进的区域立体匹配方法。首先,采集双目视觉图像对对图像对进行校正、去噪等处理,利用颜色特征进行图像分割,再用一种快速有效的块立体匹配算法对图像进行立体匹配。然后,在匹配过程中使用绝对误差累积(SAD)的小窗口来寻找左右两幅图像之间的匹配点。最后,通过滤波得到最终的视差图。实验表明:该方法能够有效地解决重复区域、低纹理区域、纹理相似区域、遮挡区域等带来的误匹配问题,能得到准确清晰的稠密视差图。     

基于自适应聚合的立体视觉合作算法

提出了一种恢复高质量稠密视差图的立体视觉合作算法.该算法采用基于形态学相似性的自适应加权方法,迭代地进行局部邻域的自适应聚合和抑制放大,实现高效率和高质量稠密视差图计算.将该算法推广到三目摄像机立体匹配系统中,通过重建摄像机坐标系实现图像校正,并根据连续性假设和唯一性假设,建立视差空间中的支持关系和三目摄像机之间的抑制关系.实验结果表明,三目立体合作算法能够得到精确的场景视差映射,并可以实现多基线方向的遮挡检测.该算法特别适用于由多个廉价摄像机组成的立体视觉系统,在几乎不增加软件和硬件资源的情况下,就可以得到高质量的稠密视差图.     

融合多特征表示和超像素优化的双目立体匹配

针对目前许多局部双目立体匹配方法在缺乏纹理区域、遮挡区域、深度不连续区域匹配精度低的问题,提出了基于多特征表示和超像素优化的立体匹配算法。通过在代价计算步骤中加入边缘信息特征,与图像局部信息代价相融合,增加了在视差计算时边缘区域的辨识度;在代价聚合步骤,基于超像素分割形成的超像素区域,利用米字骨架自适应搜索,得到聚合区域,对初始代价进行聚合;在视差精化步骤利用超像素分割信息,对匹配错误视差进行修正,提高匹配精度。基于Middlebury立体视觉数据集测试平台,与自适应权重AD-Census、FA等方法得出的视差图进行比较,该算法在深度不连续区域和缺乏纹理区域的匹配效果显著改善,提高了立体匹配精度。     

基于无人机双目图像的线目标测量的研究

利用无人机双目图像实现线目标的测量对输电线路巡检具有重要的意义。为提高无人机双目图像下线目标的测量精度,改进Census立体匹配算法,在代价聚合过程中,首先对聚合窗口中的初始匹配代价进行异常筛选,然后计算聚合代价值进而生成视差图,实验证明改进立体匹配算法,提高图像立体匹配精度,且平均误匹配率为5.79%;在线目标测量方面,针对线目标视差图存在的缺陷,提出一种基于目标识别的线目标视差图优化算法,该算法依据目标识别获取线目标视差图,然后根据四个原则进行优化处理,最后将优化后的线目标视差图用于测量,实验证明采用优化后的线目标视差图测量得到结果要优于直接采用视差图得到测量结果。     

An intensity-based cooperative bidirectional stereo matching with simultaneous detection of discontinuities and occlusions

This paper presents a new intensity-based stereo algorithm using cooperative bidirectional matching with a hierarchical multilevel structure. Based on a new model of piecewise smooth depth fields and the consistency constraint, the algorithm is able to estimate the 3-D structure and detect its discontinuities and the occlusion reliably with low computational costs. In order to find the global optimal estimates, we utilize a multiresolution two-stage algorithm minimizing nonconvex cost functions, which is equivalent to the MAP estimation. This basic framework computing the 3-D structure from binocular stereo images has been extended to the trinocular stereo vision for a further improvement of the performance. A few examples for the binocular and trinocular stereo problems are given to illustrate the performance of the new algorithms.     

Trinocular Stereo Using Shortest Paths and the Ordering Constraint

This paper describes a new algorithm for disparity estimation using trinocular stereo. The three cameras are placed in a right angled configuration. A graph is then constructed whose nodes represent the individual pixels and whose edges are along the epipolar lines. Using the well known uniqueness and ordering constraint for pair by pair matches simultaneously, a path with the least matching cost is found using dynamic programming and the disparity filled along the path. This process is repeated iteratively until the disparity at all the pixels are filled up. To demonstrate the effectiveness of our approach, we present results from real world images and compare it with the traditional line by line stereo using dynamic programming.     

基于视差和SIFT的双目视觉移动目标识别和追踪的研究

开展基于视差和尺度不变特征变换(SIFT)的双目视觉移动目标识别和追踪的研究。首先采用基于梯度的立体匹配算法得到较准确的左右视图视差映射,其次通过视差映射提高基于SIFT特征的左右视图运动目标的匹配精度,最后利用视差映射和区域增长的方法相结合分别在左右视图完成运动目标的追踪。实验结果表明,基于视差信息和SIFT的双目视觉移动目标识别与追踪算法具有很好的准确性,能够在连续视频中完成左右视场中对同一物体的追踪。     

用于立体视频会议系统的立体对象分割与跟踪算法

基于对象的立体视频编码压缩技术能在立体视频会议系统中得到很好的应用，从立体视频信号中正确分割出立体视频对象是基于对象的立体视频编码压缩的一个前提条件，基于立体视频会议图像序列的时空特性和左右通道间的视差特性，提出了一种立体视频对象分割与跟踪算法，首先利用空域分割和运动检测相结合的方法，提取左通道中的运动物体；然后，提出一种左右通道间基于边缘轮廓的二级视差匹配算法，并根据已分割的左通道运动对象提取右通道的视频运动对象；最后利用对象边界轮廓的跟踪方法对后续图像中的运动对象进行快速跟踪，实验结果说明文中算法能够应用于立体视频会议图像序列的立体对象分割与跟踪。     

A cost-benefit analysis of a third camera for stereo correspondence

This paper looks at the twin issues of the gain in accuracy of stereo correspondence and the accompanying increase in computational cost due to the use of a third camera for stereo analysis. Trinocular stereo algorithms differ from binocular algorithms essentially in the epipolar constraint used in the local matching stage. The current literature does not provide any insight into the relative merits of binocular and trinocular stereo matching with the matching accuracy being verified aginst the ground truth. Experiments for evaluating the relative performance of binocular and trinocular stereo algorithms were conducted. The stereo images used for the performance evaluation were generated by applying a Lambertian reflectance model to real Digital Elevation Maps (DEMs) available from the U.S. Geological Survey. The matching accuracy of the stereo algorithms was evaluated by comparing the observed stereo disparity against the ground truth derived from the DEMs. It was observed that trinocular local matching reduced the percentage of mismatches having large disparity errors by more than half when compared to binocular matching. On the other hand, trinocular stereopsis increased the computational cost of local matching over binocular by only about one-fourth. We also present a quantization-error analysis of the depth reconstruction process for the nonparallel stereo-imaging geometry used in our experiments.     

立体图像对的生成

获取同一场景的立体图像对是实现双目立体成像的一个关键问题。提出了一种在三维场景已经建好的情况下生成立体图像对的方法。该方法根据双目立体视觉的原理，利用3DS MAX中的摄像机对象对场景中的物体进行坐标变换和透视投影变换，分别生成左眼视图和右眼视图。实验结果表明，两个目标摄像机与三维模型的位置关系以及基线长度是影响立体效果的重要因素，改变目标摄像机与三维模型的位置，可以分别生成正视差、负视差的立体图像对，当AB与CO的比例参数为0.05时，生成的立体图像对的立体效果较佳。     

Stereo and Specular Reflection

The problem of accurate depth estimation using stereo in the presence of specular reflection is addressed. Specular reflection, a fundamental and ubiquitous reflection mechanism, is viewpoint dependent and can cause large intensity differences at corresponding points, resulting in significant depth errors. We analyze the physics of specular reflection and the geometry of stereopsis which lead to a relationship between stereo vergence, surface roughness, and the likelihood of a correct match. Given a lower bound on surface roughness, an optimal binocular stereo configuration can be determined which maximizes precision in depth estimation despite specular reflection. However, surface roughness is difficult to estimate in unstructured environments. Therefore, trinocular configurations, independent of surface roughness are determined such that at each scene point visible to all sensors, at least one stereo pair can produce correct depth. We have developed a simple algorithm to reconstruct depth from the multiple stereo pairs.     

小型无人机动平台的双目立体匹配方法研究

针对双目立体匹配中存在的误匹配、视差场稀疏等不足,提出了一种将区域匹配和特征匹配相结合的块匹配算法.对匹配图像对进行极线校正和限定搜索区域,采用SAD算法进行相似度测量.对小型无人机动平台的双目系统采集的任意一幅图像对用不同大小的匹配窗进行匹配.对结果进行了分析,结果表明了该方法的良好效果及实用性.     

Dense Features for Semi-Dense Stereo Correspondence

We present a new feature based algorithm for stereo correspondence. Most of the previous feature based methods match sparse features like edge pixels, producing only sparse disparity maps. Our algorithm detects and matches dense features between the left and right images of a stereo pair, producing a semi-dense disparity map. Our dense feature is defined with respect to both images of a stereo pair, and it is computed during the stereo matching process, not a preprocessing step. In essence, a dense feature is a connected set of pixels in the left image and a corresponding set of pixels in the right image such that the intensity edges on the boundary of these sets are stronger than their matching error (which is the difference in intensities between corresponding boundary pixels). Our algorithm produces accurate semi-dense disparity maps, leaving featureless regions in the scene unmatched. It is robust, requires little parameter tuning, can handle brightnessdifferences between images, nonlinear errors, and is fast (linear complexity).