一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，包括步驟：（1）制作特定棋盤格圖紙，布置在單色環(huán)境的平面上。（2）對(duì)圖像進(jìn)行灰度化及相應(yīng)預(yù)處理工作。（3）通過(guò)harris角點(diǎn)檢測(cè)算子進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，分別獲取兩張圖像的角點(diǎn)坐標(biāo)。（4）通過(guò)自定義的方向向量和先驗(yàn)匹配點(diǎn)坐標(biāo)差范圍進(jìn)行角點(diǎn)匹配。（5）以SSD作為相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)一步提高匹配角點(diǎn)的精度。該方法具有匹配速度快，精度高，誤匹配率低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于求取雙目攝像機(jī)針對(duì)該平面的單應(yīng)矩陣。
【專利說(shuō)明】一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像配準(zhǔn)領(lǐng)域，具體涉及一種針對(duì)特定平面圖形的特征點(diǎn)匹配方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]圖像配準(zhǔn)屬于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)問題，是對(duì)攝像機(jī)在不同時(shí)間、不同視角等條件下獲取的兩幅或多幅圖像進(jìn)行匹配融合。其中常用的方法有基于灰度的圖像配準(zhǔn)和基于特征的圖像配準(zhǔn)?；谔卣鞯膱D像配準(zhǔn)中，特征主要針對(duì)點(diǎn)特征。基于點(diǎn)特征的圖像配準(zhǔn)，其實(shí)現(xiàn)步驟主要分為特征點(diǎn)的提取和特征點(diǎn)的匹配，再通過(guò)匹配點(diǎn)對(duì)來(lái)建立空間幾何變換模型，實(shí)現(xiàn)圖像配準(zhǔn)。
[0003]在多視覺幾何應(yīng)用中，常常需要計(jì)算兩臺(tái)或多臺(tái)攝像機(jī)基于同一平面的單應(yīng)矩陣，以此來(lái)確定攝像機(jī)之間的幾何位置關(guān)系。若使用DLT(直接線性變換)算法計(jì)算單應(yīng)矩陣，則首先需要已知若干對(duì)基于某一外平面的匹配點(diǎn)。因此，需要一種簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、匹配精度高、誤匹配率低的方法來(lái)完成特征點(diǎn)的匹配工作。
[0004]為了自動(dòng)完成兩臺(tái)攝像機(jī)針對(duì)同一外平面的特征點(diǎn)匹配工作，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種便于角點(diǎn)提取的特殊棋盤格平面圖形，通過(guò)角點(diǎn)檢測(cè)算法提取角點(diǎn)，并使用自定義的方向向量和先驗(yàn)坐標(biāo)差進(jìn)行角點(diǎn)匹配，再使用SSD(差的平方和)作為相似度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)初匹配的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，得到更精確的匹配點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出了一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，與現(xiàn)有的特征點(diǎn)匹配方法相比，具有簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、匹配精度高、誤匹配率低的特點(diǎn)。本發(fā)明至少采用如下技術(shù)方案之一實(shí)現(xiàn)。
[0006]一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，其包括如下步驟:
[0007](I)制作一張棋盤格平面圖形，布置在單色環(huán)境的平面上；該平面圖形被劃分成若干個(gè)大小相同的白色矩形區(qū)域，并以黑色線條間隔之；拍攝圖像時(shí)，使棋盤格平面圖形盡量多的充滿拍攝圖像畫面；
[0008](2)對(duì)拍攝的兩張平面圖像進(jìn)行灰度化及相應(yīng)預(yù)處理工作，具體包括:
[0009](2a)若攝像機(jī)拍攝的圖像存在畸變現(xiàn)象，則應(yīng)首先進(jìn)行畸變矯正工作；
[0010](2b)若攝像機(jī)拍攝的圖像為彩色圖像，則需要對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理；
[0011](3)使用harris角點(diǎn)檢測(cè)算子，通過(guò)預(yù)設(shè)閾值和非最大值抑制的方法，分別對(duì)獲取的兩張灰度圖像即圖像I和圖像2進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，得到兩張圖像的備選角點(diǎn)坐標(biāo)序列；
[0012](4)通過(guò)自定義的方向向量和先驗(yàn)匹配點(diǎn)坐標(biāo)差范圍進(jìn)行角點(diǎn)匹配，具體包括:
[0013](4a)方向向量是利用周圍領(lǐng)域的顏色值進(jìn)行計(jì)算的，向量?jī)H存在4個(gè)值，不能計(jì)算出方向向量的角點(diǎn)被刪掉，從而篩選出存在方向向量的角點(diǎn)并記錄其方向向量；
[0014](4b)從步驟(4a)篩選出的兩張圖像的角點(diǎn)中，隨機(jī)選擇5對(duì)匹配點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)，計(jì)算其坐標(biāo)值之差的均值，確定為兩張圖像間的近似坐標(biāo)差均值E。；遍歷步驟(4a)得到圖像I的角點(diǎn)，利用方向向量相等和Sbs(E-EeXThreshc)Id兩個(gè)條件作為匹配成功的條件,到圖像2的角點(diǎn)中進(jìn)行搜索，得到匹配點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)；
[0015](5)以SSD作為相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)，將步驟(4b)得到的匹配點(diǎn)對(duì)進(jìn)行坐標(biāo)微調(diào)，進(jìn)一步提高匹配角點(diǎn)的精度。
[0016]作為優(yōu)化的，所述步驟(1)中所述黑色線條在圖像上所占的寬度大于10個(gè)像素值。
[0017]作為優(yōu)化的，所述步驟(1)中拍攝的圖像中所述黑色線條為橫平豎直的狀態(tài)，即水平黑色線條的傾斜程度不超過(guò)15°，豎直黑色線條的傾斜程度也不超過(guò)15°。
[0018]作為優(yōu)化的，步驟(4a)中所述的方向向量的確定方法如下:
[0019]遍歷步驟(3)得到的備選角點(diǎn)，以角點(diǎn)位置為中心，設(shè)置一個(gè)7*7的方形區(qū)域，查詢方形四個(gè)頂點(diǎn)位置的顏色值，若三個(gè)顏色值為黑色，一個(gè)顏色值為白色，則規(guī)定指向白色頂點(diǎn)的方向作為該角點(diǎn)的方向；并規(guī)定數(shù)字1，2，3，4分別作為指向左上、右上、左下、右下的方向向量。
[0020]作為優(yōu)化的步驟(4b)中所述的abs (E-E。)〈Threshold中，
[0021 ] E為當(dāng)前待檢測(cè)的角點(diǎn)間對(duì)坐標(biāo)差(X1 - X2, Y1 - Y2)；
[0022]Ec作為兩張圖像匹配角點(diǎn)間的近似平均坐標(biāo)差；
[0023]Threshold作為E與E。差值的上限；
[0024]將abs (E-E。)〈Threshold作為角點(diǎn)匹配的一個(gè)必要條件,且用于計(jì)算E。的角點(diǎn)要在圖像上分布均勻。
[0025]作為優(yōu)化的，所述步驟(5)具體實(shí)現(xiàn)方法如下:
[0026]假設(shè)匹配點(diǎn)PpP2分別來(lái)自圖像I和圖像2，即對(duì)應(yīng)左圖和右圖；以P1為中心確定一個(gè)大小可配置的區(qū)域A1,如5*5 ;以P2為中心，確定一個(gè)搜索區(qū)域，如5*5，該搜索區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)，均能確定一個(gè)與以P1為中心所確定區(qū)域相同大小的區(qū)域A2 ;將A1與搜索區(qū)域中每一個(gè)A2作比較，使用SSD作為判據(jù)，計(jì)算其相似度；在以P2為中心的搜索區(qū)域中，SSD響應(yīng)值最小的點(diǎn)被確定為與P1匹配度最高的點(diǎn)；從而以該SSD響應(yīng)值最小的點(diǎn)作為新坐標(biāo)代替己的坐標(biāo)，確定更加精確的匹配關(guān)系。
[0027]作為優(yōu)選的，步驟(3)使用harris角點(diǎn)檢測(cè)算子，分別獲取兩幅圖像的角點(diǎn)坐標(biāo)。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0028](3.1)計(jì)算圖像的方向?qū)?shù)Ix，Iy，并計(jì)算方向?qū)?shù)的乘積IIxy，得到五個(gè)與圖像大小相同的矩陣；
[0029](3.2)然后對(duì)/?2，/ν:，Ixy進(jìn)行高斯濾波，計(jì)算圖像中每個(gè)點(diǎn)的自相關(guān)矩陣Μ，
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)特定平面圖形的快速角點(diǎn)匹配方法，包括如下步驟: (1)制作一張棋盤格平面圖形，布置在單色環(huán)境的平面上；該平面圖形被劃分成若干個(gè)大小相同的白色矩形區(qū)域，并以黑色線條間隔之；拍攝圖像時(shí)，使棋盤格平面圖形盡量多的充滿拍攝圖像畫面； (2)對(duì)拍攝的兩張平面圖像進(jìn)行灰度化及相應(yīng)預(yù)處理工作，具體包括: (2a)若攝像機(jī)拍攝的圖像存在畸變現(xiàn)象，則應(yīng)首先進(jìn)行畸變矯正工作； (2b)若攝像機(jī)拍攝的圖像為彩色圖像，則需要對(duì)圖像進(jìn)行灰度化處理； (3)使用harris角點(diǎn)檢測(cè)算子，通過(guò)預(yù)設(shè)閾值和非最大值抑制的方法，分別對(duì)獲取的兩張灰度圖像即圖像I和圖像2進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，得到兩張圖像的備選角點(diǎn)坐標(biāo)序列； (4)通過(guò)自定義的方向向量和先驗(yàn)匹配點(diǎn)坐標(biāo)差范圍進(jìn)行角點(diǎn)匹配,具體包括: (4a)方向向量是利用周圍領(lǐng)域的顏色值進(jìn)行計(jì)算的，向量?jī)H存在4個(gè)值，不能計(jì)算出方向向量的角點(diǎn)被刪掉，從而篩選出存在方向向量的角點(diǎn)并記錄其方向向量； (4b)從步驟(4a)篩選出的兩張圖像的角點(diǎn)中，隨機(jī)選擇5對(duì)匹配點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)，計(jì)算其坐標(biāo)值之差的均值，確定為兩張圖像間的近似坐標(biāo)差均值E。；遍歷步驟(4a)得到圖像I的角點(diǎn)，利用方向向量相等和abs( E-Ec) < Threshold兩個(gè)條件作為匹配成功的條件,到圖像2的角點(diǎn)中進(jìn)行搜索，得到匹配點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)； (5)以SSD作為相似度評(píng)價(jià)指標(biāo)，將步驟(4b)得到的匹配點(diǎn)對(duì)進(jìn)行坐標(biāo)微調(diào)，進(jìn)一步提高匹配角點(diǎn)的精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速角點(diǎn)匹配方法，其特征在于所述步驟(1)中所述黑色線條在圖像上所占的寬度大于10個(gè)像素值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速角點(diǎn)匹配方法，其特征在于所述步驟(1)中拍攝的圖像中所述黑色線條為橫平豎直的狀態(tài)，即水平黑色線條的傾斜程度不超過(guò)15°，豎直黑色線條的傾斜程度也不超過(guò)15°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速角點(diǎn)匹配方法，其特征在于步驟(4a)中所述的方向向量的確定方法如下: 遍歷步驟(3)得到的備選角點(diǎn)，以角點(diǎn)位置為中心，設(shè)置一個(gè)7*7的方形區(qū)域，查詢方形四個(gè)頂點(diǎn)位置的顏色值，若三個(gè)顏色值為黑色，一個(gè)顏色值為白色，則規(guī)定指向白色頂點(diǎn)的方向作為該角點(diǎn)的方向；并規(guī)定數(shù)字1，2，3，4分別作為指向左上、右上、左下、右下的方向向量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速角點(diǎn)匹配方法，其特征在于步驟(4b)中所述的abs(E-Ec) < Threshold 中， E為當(dāng)前待檢測(cè)的角點(diǎn)間對(duì)坐標(biāo)差(X1 - X2, Y1 - Y2)； E。作為兩張圖像匹配角點(diǎn)間的近似平均坐標(biāo)差； Threshold作為E與E。差值的上限； 將abs( E-E。)< Threshold作為角點(diǎn)匹配的一個(gè)必要條件，且用于計(jì)算E。的角點(diǎn)要在圖像上分布均勻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速角點(diǎn)匹配方法，其特征在于所述步驟(5)具體實(shí)現(xiàn)方法如下: 假設(shè)匹配點(diǎn)P1、P2分別來(lái)自圖像I和圖像2，即對(duì)應(yīng)左圖和右圖；WP1S中心確定一個(gè)大小可配置的區(qū)域A1,以P2為中心，確定一個(gè)搜索區(qū)域，該搜索區(qū)域中的每個(gè)點(diǎn)，均能確定一個(gè)與WP1為中心所確定區(qū)域相同大小的區(qū)域A2 ;將仏與搜索區(qū)域中每一個(gè)A2作比較，使用SSD作為判據(jù)，計(jì)算其相似度；在以P2為中心的搜索區(qū)域中，SSD響應(yīng)值最小的點(diǎn)被確定為與P1匹配度最高的點(diǎn)；從而以該SSD響應(yīng)值最小的點(diǎn)作為新坐標(biāo)代替P2的坐標(biāo)，確定更加精確的匹配關(guān)系 。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK104008542SQ201410191437
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】杜娟, 胡池, 胡躍明, 馮穎 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)