专利名称：一种基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配方法
技术领域：
本发明涉及立体视觉系统中的立体匹配方法，属于计算机视觉领域，主要是应用 于快速获得高精度稠密视差信息，从而为基于立体视觉的三维信息恢复提供基础。
背景技术：
立体匹配是计算机视觉领域中的一个重要任务，它通过双目或多目图像匹配得到 视差图，从而感知场景中的三维深度信息。国内外许多学者对这个领域进行了深入研究。其 中，局部立体匹配算法有效率高且易于实现，但其一直存在如何自适应确定支持窗口的大 小和形状的问题，导致其难以达到较高的匹配精度。许多学者针对这一问题，提出了不少具 有代表性的局部匹配方法，改进后的局部算法总体上可以分为两类第一类方法集中于在预先给定的多个窗口中选择最优窗口作为支持窗口，或是逐 点的自适应选取支持窗口的大小和形状。这些方法在一定程度上提高了图像中不易匹配区 域的视差精度，抑制了前景放大现象(!foreground Fattening Effect)，但是由于支持窗口 的形状固定或被限制，缺乏灵活性，所以很难适应多变的图像结构，误匹配率仍然较高，视 差边缘也不够清晰。第二类方法主要是基于对已确定大小和形状的支持窗口内的像素进行加权的思 想。这些方法根据给定窗口内各像素点与待匹配像素点间的色彩和几何关系提出了一种 自适应权值的方法，可以有效的构造匹配代价，使得匹配的歧义性大大减少，得到的视差结 果可以和全局优化结果媲美，但该方法计算复杂，运算开销大，无法体现局部算法高效的优
点ο
发明内容
针对以上两类局部匹配方法很难兼顾匹配精度和速度的不足，本发明提出了一种 基于色彩分割和自适应窗口的联合匹配代价，以实现匹配精度和速度的平衡，在保证精度 的前提下，满足实施的快速性本发明是采取以下的技术方案来实现的—种基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配方法其特征在于包括以下步 骤(1)构造基于色彩分割的匹配代价；(2)构造基于自适应窗口的匹配代价；(3)构造基于色彩分割的匹配代价和自适应窗口的联合匹配代价；(4)采用局部优化方法优化联合匹配代价，获得稠密视差图。前述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在于所述的基 于色彩分割的匹配代价是根据视差在同一色彩分割区域内平滑变化的思想构造。为了获得 任意形状和大小的支持区域，分别对目标图像和参考图像进行Mean Shift色彩分割，并利 用该支持区域得到参考图像中基于色彩分割的匹配代价，可以表示为
权利要求
1.一种基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在于包括以下步骤(1)构造基于色彩分割的匹配代价；(2)构造基于自适应窗口的匹配代价；(3)构造基于色彩分割和自适应窗口的联合匹配代价；(4)采用局部优化方法优化联合匹配代价，获得稠密视差图。
2.根据权利要求1所述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在 于在所述步骤1)中，为了获得任意形状和大小的支持区域，分别对目标图像和参考图像 进行Mean Shift色彩分割，并利用该支持区域得到参考图像中基于色彩分割的匹配代价， 可以表示为Cs(p,q,d、= J] mm(S(Pi,qid),Tr)⑴Pi^Sp式(1)中ρ e L和q e It是在视差假设为d下的一对匹配点，L和It分别表示参考 图像和目标图像，&是？在参考图像中的色彩分割区域，δ (p，q)为ρ和q在RGB彩色空间 中的距离，Tr表示一个固定的阈值，Pi为&内的任意一个像素，i为其编号。
3.根据权利要求1所述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在 于在所述步骤2、中，在RGB色彩空间中，通过由窗口内的平均匹配误差、误差方差及较大 窗口的偏向误差构成的窗口选择评价函数选择最优的自适应矩形窗口，并利用该支持区域 得到基于自适应窗口的匹配代价。
4.根据权利要求1所述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征 在于在所述步骤3)中，所述的联合匹配代价是基于色彩分割假设和视差一致性假设的约 束，由基于色彩分割的匹配代价和基于自适应窗口的匹配代价有机结合而构成，可以表示 为Γ rn η d\-Cst(p,q,d) Cw(p,q,d)D,q,d、- n(Sp) ++k. \Wp\(2)式⑵中Caggr(p，q，d)为联合匹配代价，Csr (ρ, q, d)为基于参考图像的色彩分割的匹 配代价，Cst(p，q，d)为基于目标图像的色彩分割的匹配代价，Cw (p，q，d)为基于自适应窗口 的匹配代价，k为基于自适应窗口匹配代价的权值，Wp为ρ的自适应窗口，&是ρ在参考图 像中的色彩分割区域，民是9在目标图像中的色彩分割区域，η(Sp)和Ii(Stl)分别为色彩分 割区域&和民的大小。
5.根据权利要求3所述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在 于采用积分图像方法加速自适应窗口选择和匹配代价的计算速度。
6.根据权利要求3所述基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配的方法，其特征在 于将灰度空间拓展至RGB彩色空间以构造基于自适应窗口的匹配代价。
全文摘要
本发明公开了一种基于色彩分割和自适应窗口的快速立体匹配方法，包括以下步骤(1)构造基于色彩分割的匹配代价；(2)构造基于自适应窗口的匹配代价；(3)构造基于色彩分割和自适应窗口的联合匹配代价；(4)采用局部优化方法优化联合匹配代价，获得稠密视差图。本发明不仅可以提高视差不连续区域和低纹理区域的匹配精度，而且获得的视差与当前主流算法具有可比性。此外，所提方法的处理时间较之当前优秀的局部方法提高了约19～35倍，兼顾了匹配精度和速度。
文档编号G06K9/62GK102129567SQ20111006485
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者倪炜基, 倪立学, 徐贵力, 李文跃, 王彪 申请人:南京航空航天大学