基于图像分割的自适应窗口双目立体匹配算法研究

针对传统双目立体匹配算法采用固定窗口导致弱纹理区域匹配精度较低的问题,提出了一种基于图像分割的自适应窗口立体匹配算法.首先,采用Mean-shift算法对图像进行分割,之后对分割图像进行局部子区灰度标准差统计,在此基础上提出了一种根据纹理丰富程度进行窗口大小自适应设定的算子.基于自适应窗口大小设定,组合使用Census变换和梯度值计算匹配代价,并分别通过自适应权重代价聚合及"胜者为王"策略进行初始视差计算,最后利用左右视差一致性原则和加权中值滤波得到稠密视差图.采用提出的自适应窗口匹配算法与固定窗口匹配算法对Middlebury数据集上的标准图片进行匹配实验,实验结果表明,所提算法的平均匹配错误率为2.04％,相比对比算法,所提方法的匹配错误率分别降低了4.5％和7.9％.     

多测度融合的树形滤波立体匹配算法

针对立体匹配算法中匹配精度不高的问题,提出一种基于树形滤波的立体匹配算法.利用像素边缘信息自适应改变Census变换窗口,融合颜色、边缘和改进后的Census信息作为匹配代价,对图像进行均值分割,以聚类区域计算树边权重,建立最小生成树,利用树形滤波器进行代价聚合,使用左右一致性检测细化视差,得到精确视差图.实验结果表明,该算法具有更优的匹配精度且生成的视差图具有良好的边缘保持特性,能够较好适应各种复杂场景.     

基于自适应权重的改进Census立体匹配算法

针对传统Census算法对噪声敏感且在弱纹理区域匹配精度低的不足,提出一种基于自适应权重的改进算法。在代价计算阶段,通过空间相似度加权计算得到参考像素值,设定阈值限定参考值与中心点像素的差异,使算法能够判断中心点是否发生突变并自适应选择中心参考像素值。在代价聚合阶段,引入多尺度聚合策略,将引导滤波作为代价聚合核函数,加入正则化约束保持代价聚合时尺度间的一致性。在视差计算阶段,通过胜者通吃法得到初始视差图。在视差优化阶段,对初始视差图做误匹配点检测及左右一致性检测,并对遮挡区域进行像素填充得到最终的视差图。基于Middlebury标准图的实验结果表明,该算法平均误匹配率为5.81%,对比于传统Census算法抗干扰性提升显著,并能在平均误匹配率表现上达到主流经典算法的性能水准。     

基于自适应权重的遮挡信息立体匹配算法

针对传统局部立体匹配算法在深度不连续区域误匹配率高的问题,提出一种基于自适应权重的遮挡信息立体匹配算法。首先,采用左右一致性检测算法检测参考图像与目标图像的遮挡区域;然后利用遮挡信息,在代价聚合阶段降低遮挡区域像素点所占权重,在视差优化阶段采用扫描线传播方式选择水平方向最近点填充遮挡区域的视差;最后,根据Middlebury数据集提供的标准视差图为视差结果计算误匹配率。实验结果表明,基于自适应权重的遮挡信息匹配算法相对于自适应权重算法误匹配率降低了16%,并解决了局部立体匹配算法在深度不连续区域误匹配率高的问题,提高了算法的匹配精确性。     

多特征融合和自适应聚合的立体匹配算法研究

针对局部立体匹配在光照失真和弱纹理区域匹配精度低的问题,提出了一种多特征融合的代价计算和自适应十字窗口聚合的立体匹配算法。引入HSV颜色空间分量,结合改进后的Census变换和梯度信息作为匹配代价计算方法,排除了视差边界异常值的影响,增强了算法对光照失真的稳健性;提出了基于梯度信息和可变颜色阈值的自适应窗口代价聚合方法,提高了在弱纹理区域的匹配精度;通过视差计算和多步骤的视差精细得到了最终的视差结果。实验结果表明,所提算法较AD-Census算法在无光照失真条件下误匹配减少了3.24%,能有效解决视差边界和弱纹理区域错误匹配的问题,对光照失真稳健性好且能有效抑制噪声干扰。     

一种改进的实时半全局立体匹配算法及硬件实现

在基于现场可编程门阵列的实时立体匹配系统中,Census变换算法针对特定区域的误匹配率较高。为提高匹配精度,提出一种具有高并行性流水线结构的实时半全局立体匹配算法并进行硬件实现。将改进的Tanimoto距离和带权重4方向的梯度绝对值差进行组合,作为新的初始匹配代价。在代价聚合阶段采用4路径并行结构的SGM算法,在视差选择阶段采用赢家通吃策略,在视差校正阶段采用阈值检测算法代替传统左右一致性检验算法。实验结果表明,该算法能够有效提高弱纹理和边缘区域的区分度,减少对中心点的依赖,降低资源占用,其在Middleburry平台上的平均误匹配率仅为7.52%,在Xilinx Zynq-7000平台上的匹配速率达到98 frame/s。     

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.     

基于融合代价和优化引导滤波的立体匹配算法

现有局部立体匹配算法与全局立体匹配算法相比,计算量更小、速度更快,能达到实时匹配的要求,但存在误匹配率较高、视差结果精度较低等问题。提出一种新的局部立体匹配算法,依据像素梯度信息、像素梯度的平均值及标准差计算多指标梯度代价,使算法对图像局部结构的表达更加全面。根据像素的灰度差异程度划分等级,提出7等级编码的精细化Census变换匹配代价,以有效识别图像信息之间的细微差异,弥补Census变换在相似纹理区域精度较低的不足。将多指标梯度代价和精细化Census变换匹配代价按一定权重进行融合,形成初始匹配代价,从而充分发挥两种代价的优越性。在代价聚合阶段,对引导滤波的线性系数进行自适应优化,解决固定参数引起图像局部过于平滑或平滑不足的问题,并使用优化后的引导滤波模型进行代价聚合,改善代价聚合的效果。使用胜者为王算法计算视差获得初始视差图,最后通过左右一致性检测和加权中值滤波进行视差优化,得到更为理想的视差图。在Middlebury V3立体评估平台上的实验结果表明,所提算法在非遮挡区域的加权平均误匹配率为15.7%,与Cens5、IGF、ISM等算法相比具有较高的精度。     

邻域相关信息的改进Census变换立体匹配算法

针对传统Census变换在视差不连续区域和噪声干扰情况下误匹配率较高的情况,提出了一种利用邻域相关信息的改进Census变换立体匹配算法。根据邻域像素的相关信息,将传统的Census变换中像素与邻域像素的差异应用2位信息表示,使变换后的图像在视差不连续区域的信息表示更为丰富,同时减少噪声对匹配质量的影响。通过并行化自适应匹配代价聚合、亚像素插值、左右一致性约束、遮挡区插值,最终得到了稠密视差图。经Middlebury立体图片测试表明,该算法结构简单,复杂度低,具有较高的鲁棒性,有效地提高了匹配精度。     

基于改进Census变换的多特性立体匹配算法

针对当前立体匹配算法存在的匹配准确率低，难以达到实用的高精度水平的问题，提出了一种基于改良的Census变换与色彩信息和梯度测度相结合的多特性立体匹配算法，实现高精度的双目立体匹配。算法首先在初始代价匹配阶段，将改进的Census变换、色彩和梯度测度赋权求和得出可靠的初始匹配代价；在聚合阶段，采取高效快捷的最小生成树聚合，获得匹配代价矩阵；最后根据胜者为王法则得到初始视差图，并引入左右一致性检测等策略优化视差图，获得高精度的视差图，实验阶段对源自Middlebury上的标准测试图进行测试验证，实验结果表明，经本文算法处理得到的15组测试数据集的视差图在非遮挡区域的平均误匹配率为6.81%，算法实时响应性优良。     

An improved graph cut algorithm in stereo matching

In stereo matching tasks, the matching effect is often very poor when the texture of the region is weak or repeated. To solve this problem, an improved Graph Cut stereo matching algorithm based on Census transform is proposed. The Hamming distance of the corresponding pixels in the left and right images after Census transform is introduced as the similarity measure in the data term of the energy function. In this way, the dependence on the pixel value is reduced. The stereo matching experiments are implemented on the standard images of Middlebury stereo benchmark and the real scene images, and it demonstrates that our algorithm is robust and can obtain better performance in weak texture or repeated texture region.     

双目区域视差快速计算及测距算法

目的 双目测距对水面无人艇自主避障以及视觉侦察具有重要意义,但视觉传感器成像易受光照环境及运动模糊等因素的影响,基于经典Census变换的立体匹配代价计算方法耗时长,且视差获取精度差,影响测距精度。为了提高测距精度并保证算法运行速度,提出一种用于双目测距的快速立体匹配算法。方法 基于传统Census变换,提出一种新的比特串生成方法,在匹配点正方形支持窗口的各边等距各选3个像素点,共选出8个像素点,这8个像素点两两比较生成一个字节的比特串。将左右视场中的匹配点与待匹配点的比特串进行异或,得到两点的汉明距离,在各汉明距离中找到距离最小的像素点作为匹配像素点,两像素点的横坐标差为视差。本文采用区域视差计算的方法,在左右视场确定同一目标区域后进行视差提取和滤波,利用平均视差计算目标的距离。结果 本文算法与基于传统Census变换的立体匹配视差获取方法相比,在运算速度方面优势明显,时间稳定在0.4 s左右,用时仅为传统Census变换算法的1/5。在Middlebury数据集中的图像对teddy和cones上进行的算法运行时间对比实验中,本文基于Census变换改进的算法比已有的基于Census变换的匹配算法在运行时间上快了近20 s。在实际双目测距实验中,采用本文算法在1019 m范围内测距误差在5%以内,根据无人艇的运动特点和避障要求,通过分析可知该算法的测距精度可以满足低速无人艇的避障需求。结论 本文给出的基于改进Census变换的匹配算法在立体匹配速度上有大幅提高,提取目标视差用于测距,实际测距结果表明,本文算法能够满足水面无人艇的视觉避障要求。     

根据灰度值信息自适应窗口的半全局匹配

目的 立体匹配算法是立体视觉研究的关键点,算法的匹配精度和速度直接影响3维重建的效果。对于传统立体匹配算法来说,弱纹理区域、视差深度不连续区域和被遮挡区域的匹配精度依旧不理想,为此选择具有全局匹配算法和局部匹配算法部分优点、性能介于两种算法之间、且鲁棒性强的半全局立体匹配算法作为研究内容,提出自适应窗口与半全局立体匹配算法相结合的改进方向。方法 以通过AD（absolute difference）算法求匹配代价的半全局立体匹配算法为基础,首先改变算法匹配代价的计算方式,研究窗口大小对算法性能的影响,然后加入自适应窗口算法,研究自适应窗口对算法性能的影响,最后对改进算法进行算法性能评价与比较。结果 实验结果表明,匹配窗口的选择能够影响匹配算法性能、提高算法的适用范围,自适应窗口的加入能够提高算法匹配精度特别是深度不连续区域的匹配精度,并有效降低算法运行时间,对Cones测试图像集,改进的算法较改进前误匹配率在3个测试区域平均减少2.29%;对于所有测试图像集,算法运行时间较加入自适应窗口前平均减少28.5%。结论 加入自适应窗口的半全局立体匹配算法具有更优的算法性能,能够根据应用场景调节算法匹配精度和匹配速度。     

基于整数图像技术的自适应窗口立体匹配算法

针对固定窗口区域匹配算法在深度不连续处容易产生相对较大匹配误差的问题,提出了一种基于整数图像技术的自适应窗口立体匹配新算法.文中一种新的相似性测度函数和四方向线型掩模的采用不仅减少了噪声影响而且提高了匹配准确度.同时利用由窗口内平均误差、误差方差以及较大窗口偏移组成的窗口代价函数来确定窗口尺寸极大地提高了匹配精度;整数图像技术的引入将匹配时运算量降低为一常数.实验表明基于整数图像技术的自适应窗口立体匹配算法在局部匹配方法中是比较优秀的,便于实时实现.     

融合边缘保持与改进代价聚合的立体匹配算法

目的 立体匹配是计算机双目视觉的重要研究方向,主要分为全局匹配算法与局部匹配算法两类。传统的局部立体匹配算法计算复杂度低,可以满足实时性的需要,但是未能充分利用图像的边缘纹理信息,因此在非遮挡、视差不连续区域的匹配精度欠佳。为此,提出了融合边缘保持与改进代价聚合的立体匹配。方法 首先利用图像的边缘空间信息构建权重矩阵,与灰度差绝对值和梯度代价进行加权融合,形成新的代价计算方式,同时将边缘区域像素点的权重信息与引导滤波的正则化项相结合,并在多分辨率尺度的框架下进行代价聚合。所得结果经过视差计算,得到初始视差图,再通过左右一致性检测、加权中值滤波等视差优化步骤获得最终的视差图。结果 在Middlebury立体匹配平台上进行实验,结果表明,融合边缘权重信息对边缘处像素点的代价量进行了更加有效地区分,能够提升算法在各区域的匹配精度。其中,未加入视差优化步骤的21组扩展图像对的平均误匹配率较改进前减少3.48%,峰值信噪比提升3.57 dB,在标准4幅图中venus上经过视差优化后非遮挡区域的误匹配率仅为0.18%。结论 融合边缘保持的多尺度立体匹配算法有效提升了图像在边缘纹理处的匹配精度,进一步降低了非遮挡区域与视差不连续区域的误匹配率。     

快速收敛的置信度传播立体匹配算法

针对传统基于置信度传播的立体匹配算法运算次数较多、效率低下的问题,提出一种快速收敛的置信度传播算法。该算法在计算每一个像素点的置信度时,只考虑当前像素点自适应大小邻域内像素点对它的信息传递,而忽略距离较远的像素点的影响。实验结果表明提出的算法在保持相近匹配精度的前提下,运算时间减少40%~50%,满足立体匹配的实时性要求。