專利名稱：一種基于稀疏表示的立體測距方法
技術領域：
本發(fā)明涉及立體測距方法，特別涉及一種基于稀疏表示的立體測距方法。
背景技術：
隨著數(shù)字成像技術的不斷發(fā)展，如何高效率地分解、表示圖像信息成了圖像處理過程中的重要環(huán)節(jié)。常用的信號分解變換是選取一組完備的正交基，并對信號進行投影和分解。經(jīng)典的Fourier分解及其變種DCT分解、短時Fourier變換、小波變換等都在圖像處理中有著重要應用。考慮到正交分解有一定局限性，近年來不少學者致力于非正交分解的研究。信號稀疏分解(Sparse decomposition)這一薪新的研究方向就是Mallat和Zhang 在小波分析的基礎上提出信號在過完備庫上分解的思想后逐漸形成的。信號的稀疏表示不同于傳統(tǒng)的正交分解，它可以實現(xiàn)對信號更加靈活、簡潔和自適應的表示。通過信號在過完備原子庫(over-complete dictionary of atoms)上的分解， 用來表示信號的基可以自適應地根據(jù)信號本身的時頻特性靈活選取。最終得到信號的一個非常簡潔的表達，即稀疏表示(Sparse representation)。得到信號稀疏表示的過程稱為信號稀疏分解。針對不同的應用范圍，前人提出了一系列的信號稀疏表不理論，如Wavelet、 Ridgelet、Curvelet、Brushlet、Wedgelet、Beamlet、Contourlet、Bandlet、Garbor 等。這些理論都是基于標準形式的原子，利用少數(shù)較大系數(shù)描繪原信號，即能夠用幾個較大的稀疏系數(shù)來逼近原信號。缺少針對性的同時又給計算帶來較大復雜度，時間消耗也較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供種基于稀疏表示的立體測距方法。基于稀疏表示的立體測距方法的步驟如下I)圖像預處理對兩攝像機的光軸進行平行和等高標定，采用張正友標定法，得到基線、焦距、徑向畸變參數(shù)、切向畸變參數(shù)、光心成像坐標、旋轉(zhuǎn)變換矩陣、平移變換矩陣這些攝像機內(nèi)外參數(shù)，并對圖像進行極限校正，對校正后的圖像進行目標檢測，提取圖像中感興趣的目標；2)增強目標特征根據(jù)目標檢測結果對目標區(qū)域進行直方圖均衡化，對直方圖均衡化后的區(qū)域進行邊緣檢測，提取目標區(qū)域部分圖像的高頻特征，將目標檢測結果和邊緣檢測結果進行加權融合，保留目標的高、低頻信息，濾除光照和攝像機特性引起的圖像噪聲影響；3)整像素視差的求取針對上述融合圖，將左右視圖在垂直方向上對像素灰度值進行累加，得到兩個空間域上的一維信號sigl和sig2 ;針對這兩個信號，做類似于互相關算法的運算，經(jīng)全局匹配，得到最佳An,滿足最大化E[ An] =E sig2[n+ An] X sigl [n], An即為整像素視差 Dis ；
4)建立過完備原子庫根據(jù)整像素視差Dis,將一維信號sigl進行平移得sigl' [n] = sigl [n-An]； 此時的sigl'和一維信號sig2在理想情況下只相差亞像素級的視差，即sigl' [n]= sigl' (nT) = sig2(nT-At), | At < T，其中T是信號采樣間隔；分別對sigl'和一維信號sig2進行FFT變換把空間域一維信號變換成頻域的幅頻信號和相頻信號，令SIG1 = FFT (sigl' )，SIG2 = FFT (sig2)，則有SIG1Wu) = e_J"At/TXSIG2(eJ"), | co | < Ji，| A 11 < T由上式可得JSIG1(Z) I = I SIG2(eju)|，，At < T,令左右一維信號的相頻特性分別為小sigl和小sig2 ；讓空間域一維信號sig2通過一組數(shù)字分數(shù)延時器，延時器的頻率響應如下Hd(j w) = e_JuiAt/T, I w I < Ji , NtX At = T, _Nt/2 ( i < Nt/2得到一系列響應，取FFT變換后的相頻信號為過完備原子庫的原子LibSigi = (SIG2 (eJU))-w (i_Nt/2)/Nt，w < Ji , NtX A t = T,0 ^ i < Nt= (HSIG2 (eJU) )-3i XnX (i-Nt/2)/(NXNt)其中 0彡n < N，NtX At = T，0彡i < Nt, Nt為原子個數(shù)，N為信號長度，且滿足Nt > > N，將 LibSigi的值限定在0 2 Ji以內(nèi)；5)信號的稀疏分解采用匹配跟蹤算法實現(xiàn)信號的稀疏分解將步驟4)中的原子組合成集合D = (LibSigi, 0 ^ i <Nt}，即為(tsig2擴展生成的過完備原子庫，且滿足Nt >> N;對于信號小sigl，匹配跟蹤首先從過完備原子庫中選擇最為匹配的一個，即滿足
權利要求
1.一種基于稀疏表示的立體測距方法，其特征在于它的步驟如下1)圖像預處理對兩攝像機的光軸進行平行和等高標定，采用張正友標定法，得到基線、焦距、徑向畸變參數(shù)、切向畸變參數(shù)、光心成像坐標、旋轉(zhuǎn)變換矩陣、平移變換矩陣這些攝像機內(nèi)外參數(shù)， 并對圖像進行極限校正，對校正后的圖像進行目標檢測，提取圖像中感興趣的目標；2)增強目標特征根據(jù)目標檢測結果對目標區(qū)域進行直方圖均衡化，對直方圖均衡化后的區(qū)域進行邊緣檢測，提取目標區(qū)域部分圖像的高頻特征，將目標檢測結果和邊緣檢測結果進行加權融合， 保留目標的高、低頻信息，濾除光照和攝像機特性引起的圖像噪聲影響；3)整像素視差的求取針對上述融合圖，將左右視圖在垂直方向上對像素灰度值進行累加，得到兩個空間域上的一維信號sigl和sig2 ;針對這兩個信號，做類似于互相關算法的運算，經(jīng)全局匹配，得到最佳An,滿足最大化E[ An] =E sig2[n+ An] X sigl [n], An即為整像素視差Dis ;4)建立過完備原子庫根據(jù)整像素視差Dis，將一維信號sigl進行平移得sigl' [n] = sigl[n-An];此時的sigl'和一維信號sig2在理想情況下只相差亞像素級的視差，即sigl' [n]= sigl' (nT) = sig2(nT-At)，I At| < T，其中T是信號采樣間隔；分別對sigl'和一維信號sig2進行FFT變換把空間域一維信號變換成頻域的幅頻信號和相頻信號，令 SIG1 = FFT (sigl' )，SIG2 = FFT (sig2)，則有 SIGJeju) = e^'"At/TXSIG2(eJ"), | co | < Ji，| A 11 < T 由上式可得I SIGJeju) = SIG2 (eJU) I,，I At < T，令左右一維信號的相頻特性分別為C^Sigl和(j5Sig2;讓空間域一維信號sig2通過一組數(shù)字分數(shù)延時器，延時器的頻率響應如下Hd(j ) = e_juiAt/T，co I < 3i，NtX At = T，_Nt/2 彡 i < Nt/2 得到一系列響應，取 FFT變換后的相頻信號為過完備原子庫的原子LibSigi = (SIG2(eJU))-w (i_Nt/2)/Nt， w < Ji , NtX A t = T,0 ^ i < Nt =(SIG2(eJU))-3i XnX (i-Nt/2)/(NXNt)其中0彡n < N，NtX At = T，0彡i < Nt, Nt為原子個數(shù)，N為信號長度，且滿足Nt > > N，將 LibSigi的值限定在0 2 Ji以內(nèi)；5)信號的稀疏分解采用匹配跟蹤算法實現(xiàn)信號的稀疏分解將步驟4)中的原子組合成集合D = (LibSigi, 0 ^ i <Nt}，即為(tsig2擴展生成的過完備原子庫，且滿足Nt >> N;對于信號小sigl，匹配跟蹤首先從過完備原子庫中選擇最為匹配的一個，即滿足 |< <f>sig\，LibSigi() >| = max |< (psig\，LibSigi >|11 0<z<A^ 11這樣信號^Sigl就可以分解為如下形式sigl = < sigl, LibSigi0 > LibSigi0+! 1 由 sigl 繼續(xù)上述分解過程進行迭代運算直至n階，得到(psig\ = [ < Rk(psig\ LibSigik > LibSigik + Rn(f)sig\k=Q其中ik表示第k次迭代選取的原子號；當逼近誤差Rnct sigl的能量小于一定值，即 I I Rnsigl I I2 < e時,停止迭代,分解完成；6)、亞像素級整體視差的求取和深度計算根據(jù)信號sigl在D= (LibSigi, 0 : i < Nj上的稀疏表達式,進一步求得4>sigl 和c^Sig2之間的亞像素視差，表達式如下M-IsubDis - < Rk(psig\LibSigik > (ik-NJ 2)!Ntk=Q得到整體視差 totalDis = Dis-subDis最后結合雙目立體視覺原理，由公式Z = f X (1+B/D),其中B為基線距離，D為視差，f 為焦距，求得目標物體的深度位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于稀疏表示的立體測距方法，采用雙目攝像機系統(tǒng)獲取遠距離同一場景下的目標物體圖像，其中目標物體自身的深度變化相對于拍攝距離可以忽略不計進行雙目攝像機遠距離標定，采集圖像并作極限校正；分別檢測左右圖像目標進行特征增強，投影得兩個一維信號，求出整像素視差；利用數(shù)字分數(shù)延時器，將一個信號在頻域擴展成一個過完備原子庫，再對另一個信號的相頻信號實現(xiàn)稀疏分解并由分解系數(shù)求取亞像素視差；結合整像素視差和亞像素視差，由立體視覺原理，求得目標物體的深度信息。本發(fā)明通過求取亞像素級精度的視差實現(xiàn)遠距離目標測距，精度高；擴展得到的過完備原子庫，針對性較高，簡化運算，執(zhí)行速度快。
文檔編號G01C3/00GK102607510SQ20121000937
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權日2012年1月12日
發(fā)明者于慧敏, 王一葉 申請人:浙江大學