专利名称：一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法
技术领域：
本发明涉及计算机视觉领域中的立体匹配方法，特别是涉及一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法。
背景技术：
立体匹配技术，是指针对同一景物从不同视点拍摄的图片，找到图片像素点之间的对应关系。立体匹配是目前计算机视觉研究中的一个难点和热点，在许多计算机视觉领域中，如三维重构(3D reconstruction)、基于图像的绘制Gmage Based Rendering)，低空突防、机器人导航、虚拟现实等方面都有着广泛的应用。立体匹配方法即是要计算待处理的左图像中每一像素点的视差值，根据计算的视差值在相应的右图像中确定左图像中每一像素点的匹配像素点。现有的立体匹配方法主要有两种，即全局立体匹配方法和区域立体匹配方法(A Taxonomy and Evaluation of Dense Two-Frame Stereo Correspondence Algorithms)。全局立体匹配方法有很高的准确性，但是计算量比较大。相对而言，区域立体匹配方法简单，计算量较低，但是准确性相对较低。设定左图像中当前待匹配的像素点为p，坐标为(X，y)，视差值为d，则右图像中对应的匹配像素点q，坐标为(x+d，y)。区域立体匹配方法中，一般是先设定一个视差值取值范围drange的大小，然后依次取视差值d为取值范围中的值0，1，2，……，drange，计算在各视差值下当前匹配对P、q的匹配代价，最后比较各视差值下的匹配代价，确定匹配代价最小时对应的视差值作为左图像中当前待匹配的像素点P的视差值，重复上述步骤从而计算出左图像中每一个像素点的视差。从上述步骤中可知，匹配方法中如果每一次确定匹配代价时需要的计算量小，精确度高，则匹配方法的计算量就小，最终得到的视差值也较精确。然而，现有的区域立体匹配方法中，计算匹配代价时，对支持窗口中每一个像素的影响因子均是单独计算，使得计算量非常大，甚至超过了一些全局立体匹配算法。同时考虑的影响因子均是单一的距离影响因子，或者色彩影响因子，计算匹配代价时考虑的信息较少，使得精确度也不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法，计算量较小，同时得到的视差值结果也较精确。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决
一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法，用于确定出左图中当前待匹配像素点P 在右图中的对应匹配像素点q，构造当前匹配对P、q ；包括以下步骤计算取视差值取值范围内的各视差值时当前匹配对的匹配代价，比较各视差值下的匹配代价，确定匹配代价最小时对应的视差值作为当前匹配对中左图中当前待匹配的像素点P的视差值；其中，计算一个视差值下当前匹配对的匹配代价的步骤具体为1)构建支持窗口 在左图中构建以当前待匹配的像素点P为中心，边长为《size的正方形支持窗口 ；在右图中构建以对应匹配的像素点q为中心，边长为wsize的正方形支持窗口 ；其中，正方形支持窗口边长wsize的大小由用户根据待处理的左图的图像大小进行设定，为奇数；2)分层步骤在所述左图支持窗口中，将像素点P周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点P的正方形的像素层；在所述右图支持窗口中，将像素点q周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点q的正方形的像素层；其中，分层得到的像素层数k=
^； (wsiZe-l);3)分别确定左图中k层像素层的距离权重Wlsl、Wls2、……、W1M、……、Wlsk
和右图中k层像素层的距离权重W2sl、W2s2、……、W2sm、……、W2sk;4)分别确定左图中k 层像素层的色彩权重Wlel、W1。2、……、Wl。m、……、Wlek和右图中k层像素层的色彩权重 W2cl、W2。2、……、W2。m、……、W2。k;5)确定当前视差值下由左图支持窗口中的中心像素点ρ 周围的(Wsize2-I)个周围像素点Pi与对应的右图中的中心像素点q周围的(Wsize2-I)个周围像素点Cli构成的(Wsize2-I)个周围像素匹配对Pi、Qi在RGB空间的差异值e CpijQi); 6)根据步骤3得到的距离权重、步骤4得到的色彩权重和步骤5得到的差异值计算得到当前匹配对P、q的匹配代价。本发明与现有技术对比的有益效果是
本发明的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，计算匹配代价时将支持窗口中的周围像素分层划分，设定支持窗口中的每一层像素都有相同的权重值，从而以层为单位计算相关权重的值，相对于每一个像素单独计算而言，计算量减小。同时，本发明计算匹配代价时， 同时考虑了距离权重的影响和色彩差异的影响，利用的左右图像中的信息较多，从而使得最终得到的视差值结果较精确。
图1是本发明具体实施方式
中的立体匹配方法中计算匹配代价的流程图； 图2是本发明具体实施方式
中的左右图分层划分后的示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
并对照附图对本发明做进一步详细说明。一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法，用于确定出左图中当前待匹配像素点 P在右图中的对应匹配像素点q，构造当前匹配对P、q。基本构思也是基于区域立体匹配方法，包括计算取视差值取值范围内的各视差值时当前匹配对的匹配代价，比较各视差值下的匹配代价，确定匹配代价最小时对应的视差值作为当前匹配对中左图中当前待匹配的像素点P的视差值。本具体实施方式
的立体匹配方法中，每一次计算一个视差值下当前匹配对P、q的匹配代价的步骤流程图如图1所示，为
Ul)构建支持窗口 在左图中构建以当前待匹配的像素点P为中心，边长为wsize的正方形支持窗口 ；在右图中构建以对应匹配的像素点q为中心，边长为wsize的正方形支持窗口。其中，正方形支持窗口边长wsize的大小由用户根据待处理的左图的图像大小进行设定，为奇数。一般支持窗口边长wsize的取值较小，同时为便于后续分层，所以一般设为奇数，本具体实施方式
中取wsize=7。U2)分层步骤在所述左图P的支持窗口中，将像素点P周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点P的正方形的像素层；在所述右图Q的支持窗口中，将像素点q周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点q的正方形的像素层，分层得到的像素层数
k= — (wsize—1)。 2本具体实施方式
中，左右图分层后的示意图如图2所示，由于支持窗口边长
wsiZe=7，因此分层后得到k= ^ (wsize-1)= - (7-1) =3层，即左图中最内层P1，中间层
P2和最外层P3，右图中最内层Q1，中间层Q2和最外层Q3。设定中心像素点的左标为(x， y)，则最内的第一层像素层Pl，Ql有八个像素分别为(x，y+l)，(x，y-l)，(χ_1，y+1)， (x-l,y-l)，(x+l，y+l)，(x+1，y-1) , (x+1, y)，(x_l，y)。依次可知中间的第二层像素层 P2，Q2有十六个像素，最外的第三层像素层P3，Q3有二十四个像素。U3)分别确定左图中k层像素层的距离权重Wlsl、Wls2、……、Wlsm、……,Wlsk ^P 右图中k层像素层的距离权重W2sl、W2s2、……氣、……爲。本具体实施方式
中，依据公式1计算得到第m层像素层的距离权重Wsm。公式1为
权利要求
1.一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法，用于确定出左图中当前待匹配像素点 P在右图中的对应匹配像素点q，构造当前匹配对P、q;包括以下步骤计算取视差值取值范围内的各视差值时当前匹配对的匹配代价，比较各视差值下的匹配代价，确定匹配代价最小时对应的视差值作为当前匹配对中左图中当前待匹配的像素点P的视差值；其特征在于计算一个视差值下当前匹配对的匹配代价的步骤具体为1)构建支持窗口在左图中构建以当前待匹配的像素点P为中心，边长为wsize的正方形支持窗口 ；在右图中构建以对应匹配的像素点q为中心，边长为wsize的正方形支持窗口 ；其中，正方形支持窗口边长wsize的大小由用户根据待处理的左图的图像大小进行设定，为奇数；2)分层步骤在所述左图支持窗口中，将像素点ρ周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点P的正方形的像素层；在所述右图支持窗口中，将像素点q周围的像素划分为k层由内至外包围中心像素点q的正方形的像素层；其中，分层得到的像素层数k=—(wsize-1)； 23)分别确定左图中k层像素层的距离权重Wlsl、Wls2、……、Wlsm、……、Wlsk和右图中k层像素层的距离权重W2sl、W2s2、……>W2sm,……、W2sk;4)分别确定左图中k层像素层的色彩权重Wlel、W1。2、……、Wl。m、……、Wlek和右图中k层像素层的色彩权重W2cl、W2。2、……、W2。m、……、W2ck;5)确定当前视差值下由左图支持窗口中的中心像素点ρ周围的(Wsize2-I)个周围像素点Pi与对应的右图中的中心像素点q周围的(Wsize2-I)个周围像素点Qi构成的(Wsize2-I) 个周围像素匹配对Pi、Qi在RGB空间的差异值e (Pi, Qi)；6)根据步骤3得到的距离权重、步骤4得到的色彩权重和步骤5得到的差异值计算得到当前匹配对P、q的匹配代价。
2.根据权利要求1所述的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，其特征在于所述步骤3)中依据公式1计算得到第m层像素层的距离权重Wsm ；ζ其中，公式1为(-^1)；其中，Rm表示第m层像素层与相应的中心像素点/ S的距离值，Rm=HiXr ;m表示像素层的序号，最内一层的像素层的m取1，最外一层的像素层的 m取k 为设定的两个相邻像素之间的水平距离或垂直距离；为设定的常数值。
3.根据权利要求2所述的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，其特征在于所述步骤4)中依据公式2计算得到第m层像素层的色彩权重W。m ；其中，公式 2 为坏/ = eXp ,；-、j(“!-Z) +(‘-".), ;Lm， bm 分mK别为第m层像素层中所有像素在CIELab空间的L分量的平均值，a分量的平均值，b分量的平均值；L，a, b分别为相应的中心像素点在CIELab空间的L分量，a分量，b分量；^为设定的常数值。
4.根据权利要求3所述的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，其特征在于所述步骤5)中依据公式3计算得到第i对周围像素匹配对Pi、qi在RGB空间的差异值e CpijQi);其中，公式 3 为e ip. q) = \Rpr-iigj+-Ggj十|^5/ ;-Bq\ ；Rpi, Gpi, Bpi 分别为周围像素点Pi的RGB空间的R分量，G分量和B分量；Rqi, Gqi, Bqi分别为周围像素点 (Ii的RGB空间的R分量，G分量和B分量；i取1至(Wsize2-I)的正整数，分别表示支持窗口中(Wsize2-I)个周围像素点。
5.根据权利要求4所述的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，其特征在于所述步骤6)中依据公式4计算得到当前匹配对P、q的匹配代价；其中，公式 4 为CO,g)= ‘二M- ；Wls
全文摘要
本发明公开了一种基于距离和色彩差异的立体匹配方法，其中计算一个视差值下当前匹配对的匹配代价的步骤具体为1)构建支持窗口；2)分层步骤；3)分别确定左图中k层像素层的距离权重和右图中k层像素层的距离权重；4)分别确定左图中k层像素层的色彩权重和右图中k层像素层的色彩权重；5)确定当前视差值下(wsize2-1)个周围像素匹配对在RGB空间的差异值；6)根据距离权重、色彩权重和差异值计算得到当前匹配对p、q的匹配代价。本发明的基于距离和色彩差异的立体匹配方法，以层为单位计算相关权重的值，相对于每一个像素单独计算而言，计算量减小。且同时考虑了距离权重的影响和色彩差异的影响，从而使得最终得到的视差值结果较精确。
文档编号G06T7/00GK102385752SQ20111033982
公开日2012年3月21日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者吴勉, 徐秀兵, 戴琼海, 王好谦 申请人:清华大学深圳研究生院