计算机视觉中双目立体匹配技术的研究

摘 要 计算机视觉技术是以后发展的一个重要方向，文章首先简要介绍了双目立体视觉的概念，接着就双目立体视觉匹配技术的原理进行了重点介绍，最后简要分析了双目立体视觉匹配技术的应用难点和发展趋势。

关键词 计算机视觉；立体匹配；研究情况

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0001-01

随着科学技术的快速发展，计算机技术也得到了飞速的发展。将计算机技术应用于人类的视觉系统，并辅助人们观察到一些眼睛难以看到的东西，已经逐渐成为一门大家所热捧和追逐的技术。随着人们对视觉传感器技术越来越多的探索，人们也逐渐实现了古代时想拥有千里眼的梦想。目前，人们已经把视觉传感器技术和计算机技术良好的结合在一起，并把这些技术应用到食品、建筑、医药、电子、航天航空等众多领域当中。而该项技术的快速发展，也帮助人们解决了一些日常工作当中人类视觉存在盲区的问题，保证了人们工作过程的安全。视觉技术与IT技术的完美结合使得人们的生活变得更加便利，让人们亲身体会到了IT技术给人们生活带来的便捷。

1 双目立体视觉概述

双目立体视觉又称双目视觉技术，是目前计算机视觉应用领域的重要研究内容。双目立体视觉控制系统的组成因其采用的原理和应用功能的不同，组成也都各不相同。

双目立体视觉的实现原理是基于人眼的视网膜看物体的特性，从两个不同的方向来观看同一个物体的不同角度，从而实现清楚的了解到物体的图像的目的。双目立体视觉从不同的角度获得物体的投影信息，并根据匹配的结果，获取同一个物体不同偏差位置的信息。最后在依据三角测量技术，根据已经获得的这些偏差信息从而获得这些不同点对应的距离信息，并最终获得这些实际物体的具体坐标位置信息。

视差测距技术告诉我们，要清楚的观察到一个物体的全貌，需要两个观察物从不同的方向，或者固定一个观察物，移动另外一个观察物的方式，以达到拍摄同一个物体的目的。根据同一个物体在两个观察物当中的位置偏差，从而确定该物体的三维信息。一般来说，双目立体视觉的组成包括：图像获取设备、图像预处理设备、摄像机标定设备、立体匹配设备、根据二维信息实现三维重构设备等五个重要设备。

2 双目立体视觉技术的原理

立体画又可以称之为三维立体画，是一种人们可以从三维立体图中获取二维平面图信息的技术。三维立体图表面看似毫无规则，但是假如通过一些特殊的技术或者通过合理的观察手段和观察设备，就可以看到一组秩序井然的美妙图片。

三维立体图是一组重复的二维图片有序的堆积积累而成，因此可以呈现出立体效果。人体观察物体的原理大致如下：当人类通过左右眼观察所在的空间平面的时候，这些平面图都只是一些毫无秩序的图片。而当左右眼重新聚焦或者在观察画面的时候呈现一定的层次感，则人类的左右眼观察到的一组重复案在经过人体识别以后，这些画面之间将存在一定的距离差异，从而在脑中生成立体感。

双目立体视觉技术正是基于以上的原理，从两个不同的方向去观察物体，并获得目标图像的信息，并经过一定的处理获得三维重建的物体立体信息的技术。

双目立体视觉在计算机技术中实现三维重建的大致流程

如下。

1）摄像机定位，并通过单片机计算得到要获取图像信息需要的外部的参数的大概值，并根据这些参数值设定摄像机。

2）用设定参数的摄像机拍摄目标场景的画面，并采集这些画面的二维图的信息。

3）通过计算机技术实现双目匹配，并判定采集画面中的二维图像中的不同点之间的对应关系。

4）在第三步中若得到两组二维图像的关系是稠密的时候，则生成三维视差图。如果不是则进一步采集图片信息。

5）根据得到的视差图最终实现场景的三维图形的重建。

3 双目立体匹配技术的研究难点和未来的发展方向

尽管目前有很多学者都投身到双目立体匹配技术的研究和开发当中，直至目前为止也解决了很多关于视觉理论当中存在的很多缺陷问题。但是视觉问题是一个复杂且难以解决的问题，特别是在双目立体匹配问题方面更是困难重重。立体匹配技术的难点已经成为限制将双目技术应用到计算机技术当中的重要瓶颈。

立体匹配的主要手段就是找到计算机采集到两幅和多副图片的中像素的对应关系，然后根据这些像素关系判定并生成三维重建图。但是二维图像的匹配存在层层困难，主要体现在以下几个方面。

1）由于视角的问题或者观察物体存在遮挡问题，导致采集回来的图片信息存在盲点，这样子更难找到图片的匹配区域。

2）场景中的一些深度不连续的区域大都处在场景当中的边界位置，这些位置容易出现像素不高，边界不清晰等问题，这些问题也给图像匹配带了很多困扰。

3）场景当中的低纹理的图片匹配特征和匹配关系较少，而且该位置的每个像素点极为相似。假如只是通过简单的像素相似性检测的话，会检测到很多匹配结果，而这些匹配结果当中有一大部分是错误的。这样子的结果势必会导致最终的图像匹配正确率极为低下。

从以上的分析，我们可以看出立体匹配技术存在很多技术上的难点，这些都在很大程度上限制双目立体匹配技术在计算机当中的应用发展。如何才能设计出有效、准确、快速、通用性强的立体匹配算法将会是以后双目立体匹配计算发展的重要方向。也只有通过设计出一套行之有效的立体匹配算法才能使得双目立体匹配技术在计算机视觉当中得到广泛的应用。

4 结束语

人们通过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体信息，分辨出观察物的广度和深度，以及物体的远近。因此人类视觉感知系统就是一个双目的立体感知系统。本文讲述的计算机中的双目立体匹配技术正是基于人眼视觉观察物体的原理，通过双目立体视觉原理，对计算机采集获得两幅二维图像的信息进行分析，并结合计算机的分析，最终获得同人类眼睛一样观察到物体三维表面信息的目的。双目立体匹配技术与计算机技术的完美结合帮助人们可以更加轻易的获得物体的信息。希望在不久的将来，可以将该项技术应用于人类的视网膜当中，以帮助一些视网膜存在问题的人们，让他们重新感受到光明，感受世间的温暖。

参考文献

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[4]陈蛟.双目立体匹配的算法研究及其多核并行化[M].南京：南京邮电大学，2012.

作者简介

陈嘉弛（1994-），男，浙江宁波人，本科在读，研究方向：计算机视觉。endprint