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.     

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。     

基于区域间协同优化的立体匹配算法

提出了一种基于分割区域间协同优化的立体匹配算法. 该算法以图像区域为匹配基元, 利用区域的彩色特征以及相邻区域间应满足的平滑和遮挡关系定义了区域的匹配能量函数, 并引入区域之间的合作竞争机制, 通过协同优化使所定义的匹配能量极小化, 从而得到比较理想的视差结果. 算法首先对参考图像进行分割, 利用相关法得到各分割区域的初始匹配; 然后用平面模型对各区域的视差进行拟合, 得到各区域的视差平面参数; 最后, 基于协同优化的思想, 采用局部优化的方法对各区域的视差平面参数进行迭代优化, 直至得到比较合理的视差图为止. 采用Middlebury test set进行的实验结果表明, 该方法在性能上可以和目前最好的立体匹配算法相媲美, 得到的视差结果接近于真实视差.     

Stereo matching algorithm with guided filter and modified dynamic programming

Dense stereo correspondence is a challenging research problem in computer vision field. To address the poor accuracy behavior of stereo matching, we propose a novel stereo matching algorithm based on guided image filter and modified dynamic programming. Firstly, we suggest a combined matching cost by incorporating the absolute difference and improved color census transform (ICCT). Secondly, we use the guided image filter to filter the cost volume, which can aggregate the costs fast and efficiently. Then, in the disparity computing step, we design a modified dynamic programming algorithm, which can weaken the scanning line effect. At last, final disparity maps are gained after post-processing. The experimental results are evaluated on Middlebury Stereo Datasets, showing that our approach can achieve good results both in low texture and depth discontinuity areas with an average error rate of 5.14 % and strong robustness.     

基于最大似然估计的小基高比立体匹配方法*

针对小高比立体匹配当中的亚像素精度和粘合现象问题,提出了一种基于最大似然估计的小基高比立体匹配方法。该方法首先根据混合式窗口选择策略为参考图像中的每一点确定匹配窗口;然后在视差范围内根据规范化互相关函数计算匹配代价,再利用胜者全取策略计算每一点视差;最后采用基于最大似然估计的亚像素匹配方法获得亚像素级视差。实验结果表明,该方法有效地减少了立体匹配中的粘合现象,同时获得了较高精度的亚像素视差,其平均亚像素精度可达1/20个像元。     

Joint Image Denoising and Disparity Estimation via Stereo Structure PCA and Noise-Tolerant Cost

Stereo cameras are now commonly available on cars and mobile phones. However, the captured images may suffer from low image quality under noisy conditions, producing inaccurate disparity. In this paper, we aim at jointly restoring a clean image pair and estimating the corresponding disparity. To this end, we propose a new joint framework that iteratively optimizes these two different tasks in a multiscale fashion. First, structure information between the stereo pair is utilized to denoise the images using a non-local means strategy. Second, a new noise-tolerant cost function is proposed for noisy stereo matching. These two terms are integrated into a multiscale framework in which cross-scale information is leveraged to further improve both denoising and stereo matching. Extensive experiments on datasets captured from indoor, outdoor, and low-light conditions show that the proposed method achieves superior performance than the state-of-the-art image denoising and disparity estimation methods. While it outperforms multi-image denoising methods by about 2 dB on average, it achieves a 50% error reduction over radiometric-change-robust stereo matching on the challenging KITTI dataset.     

多测度融合的立体匹配算法研究

摘 要：针对多测度融合的立体匹配算法的测度选择问题,提出一种基于测度互补系数的 测度选择方法。通过该方法选择多种测度进行融合作为匹配代价,并使用改进的半全局算法进 行代价聚合,实现多测度融合的立体匹配算法。首先定义互补系数,通过互补系数选择多种相 似性测度进行融合作为匹配代价;然后,针对半全局代价聚合使用随机初始化视差图导致立体 匹配效果较差的问题,使用基于 SURF 特征得到的视差作为初始视差进行半全局代价聚合;最 后计算视差并优化视差得到最终视差图。实验表明,使用该测度选择方法可以选择互补特征, 结合改进的半全局代价聚合方法可以提高立体匹配效果。     

结合可变形卷积与双边网格的立体匹配网络

双目立体匹配被广泛应用于无人驾驶、机器人导航、增强现实等三维重建领域。在基于深度学习的立体匹配网络中采用多尺度2D卷积进行代价聚合,存在对目标边缘处的视差预测鲁棒性较差以及特征提取性能较低的问题。提出将可变形卷积与双边网格相结合的立体匹配网络。通过改进的特征金字塔网络进行特征提取,并将注意力特征增强、注意力机制、Meta-ACON激活函数引入到改进的特征金字塔网络中,以充分提取图像特征并减少语义信息丢失,从而提升特征提取性能。利用互相关层进行匹配计算,获得多尺度3D代价卷,采用2D可变形卷积代价聚合结构对多尺度3D代价卷进行聚合,以解决边缘膨胀问题,使用双边网格对聚合后的低分辨率代价卷进行上采样,经过视差回归得到视差图。实验结果表明,该网络在Scene Flow数据集中的端点误差为0.75,相比AANet降低13.8%,在KITTI2012数据集中3px的非遮挡区域误差率为1.81%,能准确预测目标边缘及小区域处的视差。     

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。     

基于双序列比对算法的立体图像匹配方法*

在分析现有立体匹配方法的基础上,提出一种基于双序列比对算法的立体图像匹配方法。将立体图像对中同名极线上的像素灰度值看做是一对字符序列,使用基于动态规划思想的双序列比对算法对这些对字符序列进行匹配,以获取立体图像视差。为验证该方法的可行性和适用性,采用人脸立体图像对进行实验。实验结果表明,使用该方法进行立体图像匹配能获得光滑的、稠密的视差图。基于动态规划思想的双序列比对算法能够有效地解决立体图像匹配问题,从而为图像的立体匹配提供了一个实用有效的方法。     

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。     

Hierarchical adaptive stereo matching algorithm for obstacle detection with dynamic programming

An adaptive weighted stereo matching algorithm with multilevel and bidirectional dynamic programming based on ground control points （GCPs） is presented. To decrease time complexity without losing matching precision, using a multilevel search scheme, the coarse matching is processed in typical disparity space image, while the fine matching is processed in disparity-offset space image. In the upper level, GCPs are obtained by enhanced volumetric iterative algorithm enforcing the mutual constraint and the threshold constraint. Under the supervision of the highly reliable GCPs, bidirectional dynamic programming framework is employed to solve the inconsistency in the optimization path. In the lower level, to reduce running time, disparity-offset space is proposed to efficiently achieve the dense disparity image. In addition, an adaptive dual support-weight strategy is presented to aggregate matching cost, which considers photometric and geometric information. Further, post-processing algorithm can ameliorate disparity results in areas with depth discontinuities and related by occlusions using dual threshold algorithm, where missing stereo information is substituted from surrounding regions. To demonstrate the effectiveness of the algorithm, we present the two groups of experimental results for four widely used standard stereo data sets, including discussion on performance and comparison with other methods, which show that the algorithm has not only a fast speed, but also significantly improves the efficiency of holistic optimization.     

一种基于特征约束的立体匹配算法

立体匹配一直是计算机视觉领域的一个中心研究问题,为了得到适用于基于图象绘制技术的视图合成高密度视差图,提出了基于边缘特征约束的立体西欧算法,该方法首先利用基于特征技术来得到边缘特征点的准确视差图,然后在边缘特征点视差图的约束下,对非边缘特征点采用区域相关算法进行匹配,这样既缩小了匹配搜索空间,又保证了匹配的可靠性,边缘特征点和边缘特征点的匹配采用双向匹配技术又进一步保证了匹配的可靠性,实验结果表明,该算法效果良好,有实用价值。     

结合传播滤波的立体匹配算法研究

针对局部立体匹配算法在边缘处容易出现误匹配的问题,本文提出了一种结合权值传播进行代价聚合的局部立体匹配方法。首先采用基于颜色梯度的绝对差及Census方法构造了匹配代价函数;然后,引入传播滤波平滑匹配代价的同时保持视差空间图像边缘,与其他局部滤波器相比,该滤波器利用可传播的权值思想,不受传统局部算法窗口大小的影响;最后,通过左右一致性检查和无效视差值填充获得最终视差图。实验表明,该方法在Middlebury Stereo数据集上可获得精确结果,与Middlebury测试平台上的IGF、TSGO和Dog-Guided算法相比平均误差最低。     

A local stereo matching algorithm based on weighted guided image filtering for improving the generation of depth range images

Stereo matching is a challenging problem and highly accurate depth image is important in different applications. The main problem is to estimate the correspondence between two pixels in a stereo pair. To solve this problem, in the last decade, several cost aggregation methods aimed at improving the quality of stereo matching algorithms have been introduced. We propose a new cost aggregation method based on weighted guided image filtering (WGIF) for local stereo matching. The proposed algorithm solves multi-label problems in three steps. First, the cost volume is constructed using pixel-wise matching cost computation functions. Then, each slice of the cost volume is independently filtered using the WGIF, which substitutes for the smoothness term in the energy function. Finally, the disparity of any pixel is simply computed. The WGIF uses local weights based on a variance window of pixels in a guidance image for cost volume filtering. Experimental results using Middlebury stereo benchmark verify that the proposed method is effective due to a high quality cost volume filter.     

基于颜色与边缘融合的非局部立体匹配算法

针对基于最小生成树的非局部算法在无纹理以及边缘区域出现误匹配的问题,提出了一种改进代价计算和颜色与边缘融合的非局部立体匹配算法。首先重新构造了基于颜色-梯度的代价计算函数,以提高无纹理区域像素对代价聚合的贡献率;其次利用颜色与边缘信息进行融合来构造自适应边权函数,并利用该权重构建树结构进行代价聚合;最后通过视差计算和非局部视差优化得到最终的视差图。在Middlebury数据集上进行了测试,实验结果表明,提出的算法在无纹理及边缘区域都取得了良好的匹配效果,有效地改善了视差。     

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。     

Hierarchical stereo matching with image bit-plane slicing

We propose a new stereo matching framework based on image bit-plane slicing. A pair of image sequences with various intensity quantization levels constructed by taking different bit-rate of the images is used for hierarchical stereo matching. The basic idea is to use the low bit-rate image pairs to compute rough disparity maps. The hierarchical matching strategy is then carried out iteratively to update the low confident disparities with the information provided by extra image bit-planes. It is shown that, depending on the stereo matching algorithms, even the image pairs with low intensity quantization are able to produce fairly good disparity results. Consequently, variate bit-rate matching is performed only regionally in the images for each iteration, and the average image bit-rate for disparity computation is reduced. Our method provides a hierarchical matching framework and can be combined with the existing stereo matching algorithms. Experiments on Middlebury datasets show that the proposed technique gives good results compared to the conventional full bit-rate matching.     

基于分层视差估计的立体图象编码

基于立体视频数据压缩的目的，提出了一种基于分层视差估计/补偿的立体图象编码方案。该方案是采用JPEG标准独立编码参数图象，并利用视差估计/补偿技术编码目标图象，应用分层马尔可夫随机场（MRF）模型。率失真（RD）模型以及交叠块匹配的混合视差估计/补偿算法，可得到光滑准确的视差场，与通常的变尺寸块匹配（VSBM）相比，该算法得到的视差补偿图象的峰值信噪比（PSNR）可提高2.5dB左右；双向半像素精度的视差估计/补偿的性能要比单向整像素搜索提高3dB，实验结果表明，该立体图象编码方案能有效地压缩立体图象数据，并可推广到立体序列图象的编码压缩中。     

基于模糊判别的立体匹配算法

立体视觉一直是计算机视觉领域所研究的一个中心问题,而立体匹配则是立体视觉技术中最关键也是最困难的部分,就得到适用于基于图象绘制技术中视图合成的准确、高密度视差图（Disparity Map）而言,现有的一些方法存在一定的局限性。考虑到立体匹配过程中存在的不确定性和模糊性,本文将已获得广泛应用的模糊理论引入立体匹配领域,提出了基于模糊判别的立体匹配算法,并用实际图象与合成图象进行了实验验证,结果表明该算法效果良好,具有实用价值。