計算機視覺中立體匹配技術(shù)的研究

楊光新 于振梅

摘 要：隨著科技的發(fā)展，利用計算機能夠?qū)崿F(xiàn)人類視覺的功能，對三維世界，能夠利用二維影像進(jìn)行理解與感知。在計算機視覺研究當(dāng)中，立體匹配技術(shù)是一個核心性的技術(shù)，同時也是最為重要的部分。通過研究計算機視覺中的立體匹配技術(shù)，能夠通過像點對距離信息進(jìn)行獲取，從而對三維立體目標(biāo)進(jìn)行再現(xiàn)。基于此，本文對計算機視覺中的立體匹配技術(shù)原理、算法、技術(shù)難點、以及未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：計算機視覺；立體匹配技術(shù)；研究

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，在社會各個領(lǐng)域當(dāng)中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在人類視覺系統(tǒng)領(lǐng)域當(dāng)中，計算機技術(shù)也發(fā)揮了很大的作用。對于人類肉眼難以直接觀察的事物，可以通過計算機進(jìn)行輔助。隨著視覺技術(shù)的研究發(fā)展，將其與計算機技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，通過對立體匹配技術(shù)的有效應(yīng)用，取得了更為良好的視覺效果。

一、立體匹配技術(shù)的概述

作為一門交叉性學(xué)科，立體視覺的研究，基于計算機視覺技術(shù)，能夠極大的推動立體匹配技術(shù)的研究發(fā)展。通過對成像技術(shù)的利用，在圖像當(dāng)中，對場景內(nèi)物體距離信息進(jìn)行獲取。在很多領(lǐng)域當(dāng)中，例如虛擬現(xiàn)實、微操作系統(tǒng)檢測控制、三維測量學(xué)等領(lǐng)域當(dāng)中，立體視覺都具有很大的作用。立體視覺的實現(xiàn)，可以從兩個點或多個點來觀察一個物體，從而在不同視角下獲取圖像信息。再通過視覺成像原理，在不同圖像中，對對應(yīng)像素相位信息進(jìn)行計算，從而準(zhǔn)確的推斷物體的空間位置。在匹配立體視覺的過程中，首先應(yīng)當(dāng)在兩個點或多個點當(dāng)中，對其對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行確認(rèn)，基于此，對各個點的視差進(jìn)行計算。然后利用得出的視差信息，利用投影設(shè)備來還原原始場景畫面。由于成像模型已知，因此，可以直接恢復(fù)對應(yīng)點中的視差信息，從而重建三維的圖像信息。因此，在立體匹配技術(shù)當(dāng)中，最為基礎(chǔ)性的步驟就是對匹配對應(yīng)點的查找。

二、立體匹配技術(shù)的原理

利用立體匹配技術(shù)，在三維立體圖當(dāng)中，可以對二維平面圖信息進(jìn)行獲取。按照一定順序，對一組相同的二維圖片進(jìn)行堆積，能夠得到三維立體圖，因而體現(xiàn)出立體的視覺效果[ 1 ]。人們通過肉眼對三維立體圖像表面進(jìn)行觀察，不會發(fā)現(xiàn)什么規(guī)則，而利用相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備，能夠觀察到一組有序的圖片組合。在人類肉眼觀察物體的過程中，人們利用左右眼觀察所在的空間平面，只能看到一些無序的圖片。如果人們對左右眼重新聚焦，就能夠感受到一定的畫面層次感。也就是說，人們通過左右眼對一組重復(fù)畫面進(jìn)行觀察，通過大腦識別，會形成一定的距離差異，從而產(chǎn)生一種立體感。基于這一原理，立體匹配技術(shù)可從兩個不同方向來觀察物體，獲取物體的圖像信息。再通過一定的處理，就能夠得到物體立體信息的三維重建。

三、立體匹配技術(shù)的算法

1）相位匹配算法。相位匹配算法的發(fā)展時間比較短，在匹配算法中，相位是基元，對信號結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行體現(xiàn)，同時能夠抑制圖像高頻噪聲。在并行處理中，可利用相位算法，能夠獲得亞像素精度的致密視差。建立相位匹配算法，需要首先進(jìn)行某種假定，在像對中，認(rèn)為各個對應(yīng)點具有相同的局部相位?；谄揭贫ɡ?，在空間域當(dāng)中，信號的平移，在頻率域當(dāng)中，產(chǎn)生的相位平移互成比例。而基于數(shù)學(xué)表達(dá)，分析頻率域信號，能夠幫助更好的分析區(qū)域。如果基于無限變化空間支撐，相位匹配算法可以利用處理帶通濾波信號相位信息來獲取像對間的視差。因此，在相位匹配算法中，相位相關(guān)法、相位差頻率法是兩個最為常用的方法。

2）區(qū)域匹配算法。如果兩幅給定的圖像相同，圖像對空間的尺度較為相似。如果將圖像對空間進(jìn)行劃分，得到的小圖像塊也與劃分之前對應(yīng)的圖像更加形似。因此，在基于區(qū)域的匹配算法當(dāng)中，主要是對局部窗口灰度信息相關(guān)程度加以利用，對于變化平緩、細(xì)節(jié)豐富的圖像，匹配精度較高。在該方法中，通常將圖像對空間劃分為多個小圖像塊，或是將圖像對空間尺度大小進(jìn)行改變，以此來確定區(qū)域。區(qū)域匹配算法將基準(zhǔn)圖中待匹配點作為中心，進(jìn)行窗口的創(chuàng)建。對該窗口的像素，利用相鄰區(qū)域圖像像素灰度進(jìn)行表示。在對準(zhǔn)圖中，對像素相同區(qū)域進(jìn)行尋找，并以其為中心，進(jìn)行相同窗口的創(chuàng)建。對新建窗口的像素，同樣將相鄰區(qū)域像素相同的灰度值進(jìn)行確定。在兩個窗口之間，應(yīng)當(dāng)具有滿足一定閾值條件的相似性。

四、立體匹配技術(shù)的難點及發(fā)展

在當(dāng)前的立體匹配技術(shù)當(dāng)中，在兩幅或多幅圖片當(dāng)中，利用計算機對像對間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行尋找，并且以此為基礎(chǔ)，來判定二維圖像信息，進(jìn)而對三維重建加以生成。而在實際應(yīng)用當(dāng)中，匹配二維圖像信息卻面臨著很大的難題，所采集到的畫面信息，難免總會具有一定的問題，因此，在圖片中對匹配點進(jìn)行尋找更加困難。在選定的場景當(dāng)中，在場景邊緣地帶，存在深度不連續(xù)區(qū)域。因此在采集這些圖片當(dāng)中，很容易存在像素不高、邊緣不清晰的情況，從而使圖像匹配的難度更大。由此可見，在立體匹配技術(shù)當(dāng)中，仍然存在著很多的難點，對于計算機視覺的發(fā)展和應(yīng)用也造成了較大的限制。因此，在未來的研究和發(fā)展當(dāng)中，對于立體匹配技術(shù)及其算法，應(yīng)當(dāng)朝著更加高效、通用、快速、準(zhǔn)確的方向邁進(jìn)。就目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，在立體匹配技術(shù)的未來發(fā)展當(dāng)中，傳統(tǒng)的雙目視覺會進(jìn)行轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生新的多目視覺，而過去的靜態(tài)視覺也會朝著動態(tài)視覺進(jìn)行轉(zhuǎn)變。對于視覺計算中的難題，可以通過對信息輸入的增加來進(jìn)行處理。基于信息化時代的不斷發(fā)展，立體匹配技術(shù)也會朝著智能化的方向發(fā)展，立體視覺研究方法也會更加注重模型、規(guī)則、知識等方面。此外，立體匹配算法也會朝著并行化的方向轉(zhuǎn)變。其中，專用信號處理機制、并行流水線機制等，在立體匹配技術(shù)當(dāng)中也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，立體匹配系統(tǒng)的實用性將會越來越良好。對于立體匹配算法區(qū)域并行化，也會發(fā)揮出極大的促進(jìn)作用，計算機視覺中的立體匹配技術(shù)也會取得更為良好的效果。

五、結(jié)論

視覺是人類一項基本的生理功能，人們通過研究對外界事物進(jìn)行觀察，能夠?qū)ν饨缡挛锏木唧w形態(tài)進(jìn)行觀察，從而對物體的立體信息進(jìn)行獲取，并且掌握物體的大小、遠(yuǎn)近等信息。人類的視覺感知系統(tǒng)，可以看作是一個立體的感知系統(tǒng)?；诖?，計算機視覺中的立體匹配技術(shù)得以建立和發(fā)展。通過將立體匹配技術(shù)與計算機技術(shù)的融合，能夠幫助人類視覺對三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，從而更加便利的對物體信息進(jìn)行獲取。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲少軍，鞠李聃.計算機視覺中立體匹配技術(shù)的研究[J].科技資訊，2015，22：14-15.

作者簡介：楊光新（1994-），女，山東聊城人，專業(yè)或研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù)，指導(dǎo)教師：于振梅。