基于双目视觉的引磁片定位与测量研究

为了提高大批量生产中超薄磁性车载手机支架铁片的测量精度,提出采用双目视觉技术对引磁片定位,并基于鞍点法建立坐标系实现引磁片的高精度测量。首先通过HALCON的系统标定实现引磁片图像对的立体校正;利用金字塔算法与带有缩放的亚像素形状模板匹配实现引磁片特征点的提取。然后基于归一化互相关NCC(Normalized Cross-Correlation)的灰度匹配算法快速完成特征点的立体匹配;结合双目测距原理、坐标仿射转换对特征点重构获取以左相机为参考系下的3D坐标。最后通过空间曲线拟合公式和点积运算实现引磁片的高精度测量。实验结果表明,测量半径的误差小于0.1 mm、误差率小于1%;测量厚度误差小于0.1 mm、误差率小于6%,可有效的对超薄引磁片进行定位及尺寸测量。     

双目视觉引导机器人码垛定位技术的研究

针对机器人采用示教方式码垛时所遇到的误抓取等问题,提出了一种基于双目视觉引导机器人码垛的定位方法。完成了双目标定、手眼标定以及极线校正工作,利用灰度变换与图像滤波相融合的算法对图像进行预处理,提高图像的质量。将图像的灰度级分布与立体匹配算法相结合,提高立体匹配的精度,获得更好的视差图像,对视差图像进行处理得到了码垛产品区域的中心点,然后结合平行双目系统和手眼标定的结果引导机器人对产品进行定位、码垛。实验表明：该方法可实现对产品区域中心点的精确定位,获得其坐标值,引导机器人码垛。     

双目立体视觉的三维人脸重建方法

创建逼真的三维人脸模型始终是一个极具挑战性的课题.随着三维人脸模型在虚拟现实、视频监控、三维动画、人脸识别等领域的广泛应用,三维人脸重建成为计算机图像学和计算机视觉领域的一个研究热点.针对这一问题,提出一种基于双目立体视觉的三维人脸重建方法,重建过程中无需三维激光扫描仪和通用人脸模型.首先利用标定的2台摄像机获取人脸正面图像对,通过图像校正使图像对的极线对齐并且补偿摄像机镜头的畸变;在立体匹配方面,选择具有准确可靠视差的人脸边缘特征点作为种子像素,以种子像素的视差作为区域生长的视差,在外极线约束、单调性约束以及对应匹配的边缘特征点的约束下,进行水平扫描线上的区域生长,从而得到整个人脸区域的视差图,提高了对应点匹配的速度和准确度;最后,根据摄像机标定结果和立体匹配生成的视差图计算人脸空间散乱点的三维坐标,对人脸的三维点云进行三角剖分、网格细分和光顺处理.实验结果表明,该方法能够生成光滑、逼真的三维人脸模型,证明了该算法的有效性.     

未标定视频下的动态人体身高测量

针对视频下的动态人体身高测量过程中,依赖三维场景的结构化信息,或者需要事先对相机进行标定的情况,提出了一种视觉测量算法对未标定视频中的行人身高进行测量。该方法首先利用帧差法提取每帧图像中的人体区域信息,然后由该区域的主轴方向确定人体的头顶点和垂足点,再由头顶点和垂足点形成的两个平行虚拟平面确定水平消失线、由主轴方向确定竖直消失点,最后根据射影变换的交比不变量来确定人体的身高。该方法以人在正常行走过程中身高基本保持不变为合理假设,并且充分利用了视频中的人体运动信息。实验结果表明,测量结果的平均相对误差低于2.2%,能够满足人体身高测量的精度需要。     

基于图像分割的立体匹配算法

针对在立体匹配中弱纹理及纯色区域匹配不准确和图像分割算法耗时较多的问题,提出一种融合图像分割的立体匹配算法。首先,将初始图像进行高斯滤波和Sobel平滑的处理,获取图像的边缘特征图;然后,将原图的红、绿、蓝三个通道值采用最大类间方差法进行二分类,再融合得到分割模板图;最后,将所得到的灰度图、边缘特征图和分割模板图用于视差计算和视差优化的过程,计算得到视差图。相比绝对差值和(SAD)算法,所提算法在精度上平均提升了14.23个百分点,时间开销上平均每万个像素点只多消耗了7.16 ms。实验结果表明,该算法在纯色及弱纹理区域和视差不连续区域取得了更加平滑的匹配结果,在图像分割上能够自动计算阈值且能够较快地对图像进行分割。     

面向复杂背景中彩色立体图像的障碍物检测

目标识别技术作为图像理解领域的核心研究内容之一,一直以来是文献中讨论的热门话题.随着计算机科学的发展以及彩色成像设备的普及,越来越多的彩色立体图像在实际生产、生活中得到应用,面向彩色立体图像的目标识别技术逐渐成为吸引学者注意力的新方向.本文基于立体视觉信息,对安装在行进车辆上的两个摄像机在一段时间内获取的立体视频信息进行分析,提取车辆前方可能对行车安全造成威胁的障碍物.在V视差理论的基础上引入两个改进算法首先对原始立体图像进行数据净化和前景/背景分割,使后续算法不受复杂、多变背景的干扰,同时减少数据处理的冗余.然后使用绝对值差(SAD)[9]法直接计算彩色立体图像的浓密视差图,而无需彩色到灰度图像的转换.实验证明,本文提出的改进算法针对实际立体图像可以准确、快速地提取障碍物信息.     

针对大视差图像拼接的显性子平面配准

目的 针对图像拼接中大视差图像难以配准的问题,提出一种显性子平面自动配准算法。方法 假设大视差图像包含多个显性子平面且每个平面内所含特征点密集分布。对该假设进行了验证性实验。所提算法以特征点分布为依据,通过聚类算法实现子平面分割,进而对子平面进行局部配准。首先,使用层次聚类算法对已匹配的特征点聚类,通过一种本文设计的拼接误差确定分组数目,并以各组特征点的聚类中心为新的聚类中心对重叠区域再聚类,分割出目标图像的显性子平面。然后,求解每个显性子平面的投影参数,并采用就近原则分配非重叠区域的单应性矩阵。结果 采用公共数据集对本文算法进行测试,并与Auto-Stitching、微软Image Composite Editor两种软件及全局投影拼接方法（Baseline）、尽可能投影算法（APAP）进行对比,采用均方根误差作为配准精度的客观评判标准。实验结果表明,该算法在拼接大视差图像时,能有效地配准局部区域,解决软件和传统方法由误配准引起的鬼影、错位等问题。其均方根误差比Baseline方法平均减小55%左右。与APAP算法相比,均方根误差平均相差10%左右,但可视化配准效果相同且无需调节复杂参数,可实现自动配准。结论 提出的显性子平面自动配准算法,通过分割图像所含子平面进而实现局部配准。该方法具有较高的配准精度,在大视差图像配准方面,优于部分软件及算法,可应用于图像拼接中大视差图像的自动配准。     

Pedestrian detection algorithm based on video sequences and laser point cloud

Pedestrian detection is a critical problem in the field of computer vision. Although most existing algorithms are able to detect pedestrians well in controlled environments, it is often difficult to achieve accurate pedestrian detection from video sequences alone, especially in pedestrian-intensive scenes wherein pedestrians may cause mutual occlusion and thus incomplete detection. To surmount these difficulties, this paper presents pedestrian detection algorithm based on video sequences and laser point cloud. First, laser point cloud is interpreted and classified to separate pedestrian data and vehicle data. Then a fusion of video image data and laser point cloud data is achieved by calibration. The region of interest after fusion is determined using feature information contained in video image and three-dimensional information of laser point cloud to remove false detection of pedestrian and thus to achieve pedestrian detection in intensive scenes. Experimental verification and analysis in video sequences demonstrate that fusion of two data improves the performance of pedestrian detection and has better detection results.     

视差互信息引导下的立体航空影像与LiDAR点云自动配准

目的 从视差图反映影像景物深度变化并与LiDAR系统距离量测信息"同源"这一认识出发,提出一种基于视差互信息的立体航空影像与LiDAR点云自动配准方法.方法 本文方法分为3个阶段:第一、通过半全局匹配SGM(semi-gdabal matching)生成立体航空影像密集视差图;第二、利用航空影像内参数及初始配准参数(外方位元素)对LiDAR点云进行"针孔"透视成像,生成与待配准的立体航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的模拟灰度影像-LiDAR深度影像,以互信息作为相似性测度依据估计航空影像视差图与LiDAR深度影像的几何映射关系,进而以之为基础实现LiDAR点云影像概略相关;第三、以LiDAR点云影像概略相关获得的近似同名像点为观测值,以视差互信息为权重,实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素,生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程,直至满足给定的迭代计算条件.结果 选取重叠度约60%、幅面大小7 216×5 428像素、空间分辨率约0.5 m的立体航空像对与平均点间距约1.5 m、水平精度约25 cm的LiDAR"点云"进行空间配准实验,配准精度接近1个像素.结论 实验结果表明,本文方法自动化程度高且配准精度适中,理论上适用于不同场景类型、相机内参数已知立体航空影像,具有良好的应用价值.     

一种基于自适应支持权重优化的立体匹配算法

立体匹配是图像处理领域的经典问题和研究热点之一。针对原始ASW立体匹配算法中存在的运算时间过长以及遮挡区域的误匹配率高的问题,提出了一种改进优化方法。在自适应支持权重方法的基础上结合Rank变换方法,从参数选择以及立体匹配性能这两个方面对自适应支持权重进行改进,然后对得到的初始视差进行有效视差校准从而得到最终视差。最后利用仿真实验得到匹配精度较高的图像序列视差图,并通过实验结果对比验证了该方法具有很好的可行性。     

Stereo image watermarking scheme for authentication with self-recovery capability using inter-view reference sharing

Advances in three dimensional video is a strong stimulus for research in authentication of stereo image to avoid illegal modification. In this paper, a stereo image watermarking scheme is proposed for authentication with self-recovery capability using inter-view reference sharing. A mechanism of inter-view reference sharing in stereo image pairs is designed to reduce bits for recovery reference generation compared with independent references. Discrete wavelet transform coefficients are employed to generate the references, and two reference copies of each block embedded in two different mapping blocks are prepared for recover tamper. Moreover, detail information from high frequency coefficients is also embedded so as to improve the quality of tamper recovery. For the purpose of resisting collage attack and increasing the probability of tamper detection, disparities between pairs of matched blocks are checked to conduct tamper detection. Experimental results show that the proposed scheme can detect tampered blocks with the probabilities of more than 99 % after collage attack. When stereo images are cropped from 10 to 70 % with randomly tampering, they are recovered without losing main visual information and qualities of recovery are better than those of existing monocular image watermarking schemes extended to stereo images.     

Generalized parallel-perspective stereo mosaics from airborne video

In this paper, we present a new method for automatically and efficiently generating stereoscopic mosaics by seamless registration of images collected by a video camera mounted on an airborne platform. Using a parallel-perspective representation, a pair of geometrically registered stereo mosaics can be precisely constructed under quite general motion. A novel parallel ray interpolation for stereo mosaicing (PRISM) approach is proposed to make stereo mosaics seamless in the presence of obvious motion parallax and for rather arbitrary scenes. Parallel-perspective stereo mosaics generated with the PRISM method have better depth resolution than perspective stereo due to the adaptive baseline geometry. Moreover, unlike previous results showing that parallel-perspective stereo has a constant depth error, we conclude that the depth estimation error of stereo mosaics is in fact a linear function of the absolute depths of a scene. Experimental results on long video sequences are given.     

空间圆几何参数视觉测量方法研究

对空间圆几何参数的非接触在线测量方法进行了研究。通过在区域划分中引入模糊化思想,基于模糊隶属度构建一种神经网络的拓扑结构,采用立体标靶进行摄像机标定。面向局部检测区域小的空间尺寸测量问题,利用图像的梯度相关作为匹配特性,开发一种高效的基于梯度图像的立体匹配算法。在实验研究中,对某车身翼子板安装孔进行了检测,结果显示当空间圆所在平面与图像平面约50°角时,测量空间圆的相对误差优于±0.6%。研究结果表明,提出的方法测量精度高,并适用于在线测量。     

一种基于曲率尺度空间的图像拼接算法

提出了一种基于曲率尺度空间的图像拼接算法。该算法利用曲率尺度空间（CSS）角点检测法提取特征点,通过比较各特征点圆形邻域Zernike矩的欧式距离得到匹配点对,然后利用正确的映射模型计算出变换参数,最后采用加权平均法得到图像的拼接结果。实验表明,该算法在图像间存在旋转、平移及噪声干扰的情况下,仍能得到很好的拼接结果。     

基于K-means聚类和RANSAC的图像配准算法研究

针对图像配准中特征点匹配方法存在实时性不高和精度低的问题,提出了一种基于K means聚类和RANSAC的图像配准算法。该算法根据匹配点对距离和方向特征的视差约束条件,首先利用K means聚类对匹配点对进行预处理,剔除大部分错误匹配点,然后利用RANSAC进行二次优化,实现了图像的快速和精确配准。实验结果表明,该算法不仅提高了图像配准的精确度,而且提高了图像配准的速度。     

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。     

双目机器视觉及RetinaNet模型的路侧行人感知定位

目的 行人感知是自动驾驶中必不可少的一项内容,是行车安全的保障。传统激光雷达和单目视觉组合的行人感知模式,设备硬件成本高且多源数据匹配易导致误差产生。对此,本文结合双目机器视觉技术与深度学习图像识别技术,实现对公共路权环境下路侧行人的自动感知与精准定位。方法 利用双目道路智能感知系统采集道路前景图像构建4种交通环境下的行人识别模型训练库;采用RetinaNet深度学习模型进行目标行人自动识别;通过半全局块匹配（semi-global block matching,SGBM）算法实现行人道路前景图像对的视差值计算;通过计算得出的视差图分别统计U-V方向的视差值,提出结合行人识别模型和U-V视差的测距算法,实现目标行人的坐标定位。结果 实验统计2.5 km连续测试路段的行人识别结果,对比人工统计结果,本文算法的召回率为96.27%。与YOLOv3（you only look once）和Tiny-YOLOv3方法在4种交通路况下进行比较,平均F值为96.42%,比YOLOv3和Tiny-YOLOv3分别提高0.9%和3.03%;同时,实验利用标定块在室内分别拍摄3 m、4 m和5 m不同距离的20对双目图像,验证测距算法,计算标准偏差皆小于0.01。结论 本文提出的结合RetinaNet目标识别模型与改进U-V视差算法能够实现对道路行人的检测,可以为自动驾驶的安全保障提供技术支持,具有一定的应用价值。     

融合深度和颜色信息的图像物体分割算法

讨论立体图对的图像分割问题,提出一种基于深度和颜色信息的图像物体分割算法。该算法首先利用基于聚类的Mean-shift分割算法对目标图像进行适度的过分割,同时借助双目立体视觉算法获取立体图对的稠密深度图,并依据深度不连续性从过分割结果中选取用于继续进行“精致”分割的种子点集,接着对未分配种子标签的区域用图割算法分配标签,并对彼此之间没有深度不连续边界但具有不同标签的相邻区域进行融合。相比于传统图像分割算法,该算法可有效克服过分割和欠分割问题,获取具有一定语义的图像分割结果。相关的对比实验结果验证了该算法的有效性。     

基于分割稳健而快速的局部立体匹配及医学应用

为了快速消除双目立体匹配的歧义性,提出一种基于局部信息和分割、快速高效的两步立体匹配算法.首先分割彩色立体图像对,并基于改进的Geman-McClure函数得到初始匹配成本;在水平、垂直双方向上采用分割自适应权重方法,消除匹配特征的相似歧义,计算鲁棒匹配代价,择优选取初始视差.为了最优地分配遮挡等歧义区域,采用贪婪策略估计视差,包括不可靠视差检测、基于分割窄遮挡处理、基于极线最小二乘填充及基于映射的视差组合.实验结果表明,该算法结构简单、计算快速高效,能有效地消除匹配歧义,得到分段平滑、精度高的稠密视差图;可在临床医学疾病诊断应用中自动地为计算机辅助诊断系统提供可靠深度信息感知.     

基于改进SIFT特征的双目图像匹配算法

针对SIFT（尺度不变特征变换）算法无法准确定位物体形状特征的问题,提出了一种结合了Harris角点和SIFT算法的立体匹配方法。在DOG尺度空间提取Harris算子作为图像的特征点并为每个特征点定义主方向,计算出特征点的32维特征向量描述子并用BBF算法检索同名特征点之间的欧式距离进行匹配。在降低SIFT算法的时间复杂度的同时提高了算法提取特征点的形状意义,在双目图像匹配实验中取得了较好的结果。