[发明专利]一种基于网格提取种子点的数字散斑相关快速实现方法

权利要求书

1.一种基于网格提取种子点的数字散斑相关快速实现方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1：使用红外激光投射器向待测物体投射散斑图像，并用双目相机拍摄图像；

步骤2：标定相机并获取相机的内外参数，两相机分别拍摄获得物体的二维散斑图像，一幅作为参考图像，另一幅作为目标图像；

步骤3：使用OpenCV库的鼠标回调函数，在参考图像中框选出待测散斑区域；

步骤4：利用网格将待测散斑区域分为相同大小的8块，将每块的中心点分别设为种子点；

步骤5：运用数字图像相关算法求得参考图像和目标图像待测散斑区域中各点的视差值，具体步骤为：

步骤5.1：利用多线程的方法同时计算8块待测散斑区域的初始形变参数，所述待测散斑区域的初始形变参数通过RANSAC算法迭代计算获得，具体过程为：

步骤5.1.1：随机选择种子点附近的三对不共线的关键点对，计算仿射变换的变形矩阵数据：

其中，(x,y)为计算点原坐标位置，(x',y')为点经过仿射变换后的坐标位置，6个系数(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)为仿射变换的变形矩阵参数，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量；

步骤5.1.2：根据匹配代价函数公式计算ZNSSD值C_ZNSSD和ZNCC值C_ZNCC；

步骤5.1.3：重新选择种子点附近的三对不共线的关键点对进行变形矩阵数据计算，返回步骤5.1.2，直至设定次数，比较ZNCC值，选取ZNCC值最大的一组数据作为该区域内种子点的初始形变参数。

ZNSSD值C_ZNSSD和ZNCC值C_ZNCC的计算公式分别为：

其中，x表示所求点在全局中的坐标；ξ表示在子集中像素点的局部坐标；Δp表示参考图像更新变形矩阵的参数，Δp＝(Δu,Δu_x,Δu_y,Δv,Δv_x,Δv_y)^T，其中(Δu_x,Δu_y,Δv_x,Δv_y)是更新的旋转量，(Δu,Δv)是更新的平移量；p表示作用在目标图像的变形矩阵参数，p＝(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)^T，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量；W(ξ；Δp)表示参考子集更新的变形矩阵，W(ξ；p)表示目标子集的变形矩阵，f(～)和g(～)分别表示参考图像和目标图像上括号内所对应坐标点的像素值；和分别表示参考子集和目标子集上各点像素值的平均值，N表示每个子集的点总数，Δf和Δg则分别为

C_ZNCC＝1-0.5×C_ZNSSD；

步骤5.2：通过循环运用IC-GN算法对相邻的单一像素的变形矩阵数据进行求解，直至作用在参考图像上的更新变形矩阵的参数值的二范数小于设定阈值，获得对应的单一像素的ZNCC值，以及更新后p中各参数的值(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)^T，p表示作用在目标图像的变形矩阵参数，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量，具体过程为：

步骤5.2.1：利用最小二乘法和泰勒展开式求作用在参考图像上的更新变形矩阵的参数Δp：

其中，海森矩阵是在(x+ξ)处各像素点的对x和y的梯度值，为变形矩阵的雅可比行列式；Δx和Δy分别表示为子集上横纵坐标的变化值；Δf和Δg则分别为

步骤5.2.2：根据作用在参考图像上的更新变形矩阵的参数Δp，更新目标子集的变形矩阵的参数值p，更新策略为并重新计算ZNSSD值及ZNCC值；

步骤5.3：将计算好的点的各项数据放入队列进行保存，在G1-G8每个区域内，将计算完成的点的变形矩阵数据作为四个相邻点的初始变形矩阵数据重复步骤5.2分别计算四个临点的ZNCC值，以及更新后p中各参数的值(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)^T，p表示作用在目标图像的变形矩阵参数，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量；

步骤5.4：将ZNCC值大于等于第二阈值的点放入第一队列，ZNCC值小于第二阈值的点放入第二个队列，第一队列中的点按进入队列内的顺序依次作为中心点向外辐射重复步骤5.3计算对应的ZNCC值，以及更新后p中各参数的值(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)^T，p表示作用在目标图像的变形矩阵参数，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量，直至队列为空；

第二个队列中的点按ZNCC值大小进行排序，从大到小作为中心点重复步骤5.3计算对应的ZNCC值，以及更新后p中各参数的值(u,u_x,u_y,v,v_x,v_y)^T，p表示作用在目标图像的变形矩阵参数，其中(u_x,u_y,v_x,v_y)是旋转量，(u,v)是平移量，直至队列为空；

步骤6：利用相机标定的内外参数，将视差值转为三维数据，进行3D重建。

2.根据权利要求1所述的基于网格提取种子点的数字散斑相关快速实现方法，其特征在于，所述双目相机与待测物体的连线相互垂直。