計算機視覺中雙目立體匹配技術的研究

摘 要 計算機視覺技術是以后發展的一個重要方向，文章首先簡要介紹了雙目立體視覺的概念，接著就雙目立體視覺匹配技術的原理進行了重點介紹，最后簡要分析了雙目立體視覺匹配技術的應用難點和發展趨勢。

關鍵詞 計算機視覺；立體匹配；研究情況

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0001-01

隨著科學技術的快速發展，計算機技術也得到了飛速的發展。將計算機技術應用于人類的視覺系統，并輔助人們觀察到一些眼睛難以看到的東西，已經逐漸成為一門大家所熱捧和追逐的技術。隨著人們對視覺傳感器技術越來越多的探索，人們也逐漸實現了古代時想擁有千里眼的夢想。目前，人們已經把視覺傳感器技術和計算機技術良好的結合在一起，并把這些技術應用到食品、建筑、醫藥、電子、航天航空等眾多領域當中。而該項技術的快速發展，也幫助人們解決了一些日常工作當中人類視覺存在盲區的問題，保證了人們工作過程的安全。視覺技術與IT技術的完美結合使得人們的生活變得更加便利，讓人們親身體會到了IT技術給人們生活帶來的便捷。

1 雙目立體視覺概述

雙目立體視覺又稱雙目視覺技術，是目前計算機視覺應用領域的重要研究內容。雙目立體視覺控制系統的組成因其采用的原理和應用功能的不同，組成也都各不相同。

雙目立體視覺的實現原理是基于人眼的視網膜看物體的特性，從兩個不同的方向來觀看同一個物體的不同角度，從而實現清楚的了解到物體的圖像的目的。雙目立體視覺從不同的角度獲得物體的投影信息，并根據匹配的結果，獲取同一個物體不同偏差位置的信息。最后在依據三角測量技術，根據已經獲得的這些偏差信息從而獲得這些不同點對應的距離信息，并最終獲得這些實際物體的具體坐標位置信息。

視差測距技術告訴我們，要清楚的觀察到一個物體的全貌，需要兩個觀察物從不同的方向，或者固定一個觀察物，移動另外一個觀察物的方式，以達到拍攝同一個物體的目的。根據同一個物體在兩個觀察物當中的位置偏差，從而確定該物體的三維信息。一般來說，雙目立體視覺的組成包括：圖像獲取設備、圖像預處理設備、攝像機標定設備、立體匹配設備、根據二維信息實現三維重構設備等五個重要設備。

2 雙目立體視覺技術的原理

立體畫又可以稱之為三維立體畫，是一種人們可以從三維立體圖中獲取二維平面圖信息的技術。三維立體圖表面看似毫無規則，但是假如通過一些特殊的技術或者通過合理的觀察手段和觀察設備，就可以看到一組秩序井然的美妙圖片。

三維立體圖是一組重復的二維圖片有序的堆積積累而成，因此可以呈現出立體效果。人體觀察物體的原理大致如下：當人類通過左右眼觀察所在的空間平面的時候，這些平面圖都只是一些毫無秩序的圖片。而當左右眼重新聚焦或者在觀察畫面的時候呈現一定的層次感，則人類的左右眼觀察到的一組重復案在經過人體識別以后，這些畫面之間將存在一定的距離差異，從而在腦中生成立體感。

雙目立體視覺技術正是基于以上的原理，從兩個不同的方向去觀察物體，并獲得目標圖像的信息，并經過一定的處理獲得三維重建的物體立體信息的技術。

雙目立體視覺在計算機技術中實現三維重建的大致流程

如下。

1）攝像機定位，并通過單片機計算得到要獲取圖像信息需要的外部的參數的大概值，并根據這些參數值設定攝像機。

2）用設定參數的攝像機拍攝目標場景的畫面，并采集這些畫面的二維圖的信息。

3）通過計算機技術實現雙目匹配，并判定采集畫面中的二維圖像中的不同點之間的對應關系。

4）在第三步中若得到兩組二維圖像的關系是稠密的時候，則生成三維視差圖。如果不是則進一步采集圖片信息。

5）根據得到的視差圖最終實現場景的三維圖形的重建。

3 雙目立體匹配技術的研究難點和未來的發展方向

盡管目前有很多學者都投身到雙目立體匹配技術的研究和開發當中，直至目前為止也解決了很多關于視覺理論當中存在的很多缺陷問題。但是視覺問題是一個復雜且難以解決的問題，特別是在雙目立體匹配問題方面更是困難重重。立體匹配技術的難點已經成為限制將雙目技術應用到計算機技術當中的重要瓶頸。

立體匹配的主要手段就是找到計算機采集到兩幅和多副圖片的中像素的對應關系，然后根據這些像素關系判定并生成三維重建圖。但是二維圖像的匹配存在層層困難，主要體現在以下幾個方面。

1）由于視角的問題或者觀察物體存在遮擋問題，導致采集回來的圖片信息存在盲點，這樣子更難找到圖片的匹配區域。

2）場景中的一些深度不連續的區域大都處在場景當中的邊界位置，這些位置容易出現像素不高，邊界不清晰等問題，這些問題也給圖像匹配帶了很多困擾。

3）場景當中的低紋理的圖片匹配特征和匹配關系較少，而且該位置的每個像素點極為相似。假如只是通過簡單的像素相似性檢測的話，會檢測到很多匹配結果，而這些匹配結果當中有一大部分是錯誤的。這樣子的結果勢必會導致最終的圖像匹配正確率極為低下。

從以上的分析，我們可以看出立體匹配技術存在很多技術上的難點，這些都在很大程度上限制雙目立體匹配技術在計算機當中的應用發展。如何才能設計出有效、準確、快速、通用性強的立體匹配算法將會是以后雙目立體匹配計算發展的重要方向。也只有通過設計出一套行之有效的立體匹配算法才能使得雙目立體匹配技術在計算機視覺當中得到廣泛的應用。

4 結束語

人們通過眼睛可以感受到外界事物的存在，可以清楚的了解到事物的立體信息，分辨出觀察物的廣度和深度，以及物體的遠近。因此人類視覺感知系統就是一個雙目的立體感知系統。本文講述的計算機中的雙目立體匹配技術正是基于人眼視覺觀察物體的原理，通過雙目立體視覺原理，對計算機采集獲得兩幅二維圖像的信息進行分析，并結合計算機的分析，最終獲得同人類眼睛一樣觀察到物體三維表面信息的目的。雙目立體匹配技術與計算機技術的完美結合幫助人們可以更加輕易的獲得物體的信息。希望在不久的將來，可以將該項技術應用于人類的視網膜當中，以幫助一些視網膜存在問題的人們，讓他們重新感受到光明，感受世間的溫暖。

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作者簡介

陳嘉弛（1994-），男，浙江寧波人，本科在讀，研究方向：計算機視覺。endprint