從雙目立體圖像中恢復(fù)三維信息的研究——加入結(jié)構(gòu)約束的半全局匹配算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、三維重建是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形研究中倍受關(guān)注的熱點(diǎn)。而雙目立體視圖匹配是一種經(jīng)典的三維重建方法，它通過(guò)比較在不同位置對(duì)同一場(chǎng)景拍攝的兩幅照片找出其中匹配的場(chǎng)景點(diǎn)，從而根據(jù)場(chǎng)景點(diǎn)在兩幅圖像中不同的位移程度得到其相對(duì)于相機(jī)的距離(稱(chēng)為深度)，進(jìn)而從二維圖像信息中恢復(fù)三維場(chǎng)景的信息。雙目立體視圖匹配的應(yīng)用十分廣泛，如虛擬現(xiàn)實(shí)、文物保護(hù)、工業(yè)監(jiān)控、數(shù)字娛樂(lè)等，同時(shí)，相對(duì)于其他三維重建的方法，雙目立體視圖匹配的設(shè)備要求、算法的時(shí)間復(fù)雜度以及空間

2、復(fù)雜度較低，因此具有十分重要的研究?jī)r(jià)值。 通過(guò)對(duì)雙目立體視圖匹配方法的分類(lèi)、分析與比較，今后將出現(xiàn)如下的發(fā)展趨勢(shì)和熱點(diǎn)：更多地體現(xiàn)全局性、算法的高速性、對(duì)噪聲的魯棒性以及算法的通用性。因此，本文實(shí)現(xiàn)了幾種具有發(fā)展前景的方法，并進(jìn)行比較和改進(jìn)，選擇并實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有較高匹配精度、同時(shí)具有較高的執(zhí)行速度兼顧對(duì)噪聲的魯棒性的雙目立體匹配算法，以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。 近年來(lái)，雙目立體視圖匹配領(lǐng)域涌現(xiàn)出了許多優(yōu)秀的算法。本文選擇了三種

3、具有代表性同時(shí)效率領(lǐng)先的算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：基于置信傳播(BP)的對(duì)稱(chēng)模型，半全局立體視圖匹配，以及基于mean-shift的圖像分割的方法。通過(guò)對(duì)這三種算法的結(jié)果精度與執(zhí)行速度進(jìn)行比較與評(píng)估，我們最終選擇了半全局的立體匹配方法作為本文改進(jìn)和提高的基礎(chǔ)。這是由于該方法的精度較為理想，并具有相較于其他兩種算法巨大的速度優(yōu)勢(shì)；同時(shí)該算法還具有采用現(xiàn)代cpu的單指令多數(shù)據(jù)流技術(shù)大幅加速的能力，在對(duì)噪聲的魯棒性上也存在著優(yōu)勢(shì)。 在研究的后半部

4、分，本文針對(duì)半全局立體匹配存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了一系列改進(jìn)，這也是本文的創(chuàng)新點(diǎn)： 1.針對(duì)在特定情況下算法由于規(guī)劃路徑不完全而引起的嚴(yán)重的深度賦值錯(cuò)誤，本文提出了使用圖像分割的方法獲得場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)分割信息，通過(guò)初步的深度估算以及最小二乘法為每一個(gè)分割區(qū)域計(jì)算平面模型參數(shù)，以此作為場(chǎng)景的結(jié)構(gòu)信息加入到基于點(diǎn)的匹配代價(jià)的計(jì)算中去，從而為匹配過(guò)程添加一個(gè)結(jié)構(gòu)性的軟約束。 2.針對(duì)原算法存在的無(wú)法為遮擋和錯(cuò)誤匹配區(qū)域提供可靠深度

5、估算的缺陷，本文提出基于前面得到的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息來(lái)進(jìn)行此類(lèi)區(qū)域深度估算的方法，給出了可行的解決方案。 3.針對(duì)結(jié)構(gòu)性軟約束存在的區(qū)域內(nèi)部的平滑問(wèn)題，同時(shí)為了避免深度邊界的模糊化，本文結(jié)合前面得到的結(jié)構(gòu)信息，通過(guò)對(duì)擬合過(guò)程的分析改進(jìn)，引入了一種帶有結(jié)構(gòu)信息的快速二次曲面擬合方法。 算法的結(jié)果表明，在不改變?cè)肴至Ⅲw視圖匹配算法的整體框架，并且保留其利用cpu單指令多數(shù)據(jù)流能力的前提下，本文所提出的方法成功地解決了規(guī)劃路徑