基于双目立体视觉系统的立体匹配和虚拟视点算法研究

• 作 者: 苏修
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 双目立体 相机标定 立体匹配 引导滤波 虚拟视点

立体视觉是计算机视觉领域最具研究价值的领域之一,被广泛应用于自动导航、影视娱乐、军事国防等诸多领域。立体匹配和虚拟视点作为双目立体视觉系统的两大核心技术,其运算速度和精度直接影响了整套系统的性能。立体匹配是计算左右视图中对应点视差的过程,视差图结合立体视觉系统相机标定参数即可获取场景三维重建数据。虚拟视点算法利用视差和相机标定参数即可获取新视点位置处的虚拟视图。目前立体视觉系统难点包括:立体匹配算法精度和实时性有待提高,虚拟视点算法生成的虚拟视图存在一定量的裂缝、空洞和重叠问题,现有的空洞填充算法很难较好解决这个问题。针对上述难点,本文提出了基于自适应窗口的引导滤波算法和基于视差图的空洞填充算法。实现了计算机视觉中的三维相机标定、图像畸变矫正和极线矫正、立体匹配算法、虚拟视点算法,基于OpenCV、OpenGL、Matlab等多平台实现整套算法和三维数据显示,通过实验验证了算法的实效性和稳定性。本文完成的主要工作包括:1.调研立体视觉系统方案,研究了计算机视觉领域2D图像和3D图像间的相互转换关系,确定了系统算法流程,具体包括三维相机标定、图像矫正、立体匹配、三维重建、虚拟视点五个部分。2.研究了双目标定算法,搭建双目视觉实验平台,结合双相机和标定板进行标定实验,在OpenCV平台上对双路视图进行图像畸变矫正和极线矫正,并拍摄实际空间场景图像验证了相机标定、立体匹配算法和三维重建算法的有效性。3.提出了一种基于自适应窗口的引导滤波方法,在Matlab平台上利用标准图像进行效果测试。实验结果表明,与常用方法相比,基于自适应窗口的引导滤波方法能够获得较高的匹配精度、更好的鲁棒性以及更高的峰值信噪比(PSNR)。4.基于前述的多种技术和三角测量原理,在OpenGL平台上给出了与实际拍摄的场景2D图像相对应的3D点云数据的三视图,验证了本文提出的相机标定和立体匹配算法在实际应用中的有效性。5.提出了一种基于视差图的空洞填充算法,减少了虚拟视图中的像素空洞,通过对比本文方法和已有的空洞填充算法效果,验证了本文方法的有效性。