[发明专利]TOF相机的深度图像增强方法

说明书

本发明涉及一种TOF相机的深度图像增强方法，属于深度图像处理方法。将深度图像首先进行噪声抑制处理，然后利用图像中的像素间距离和边缘方向信息，对低分辨率的TOF深度图像进行插值放大。本发明提高了深度图像分辨率，改善了深度图像视觉质量，可以应用于TOF相机等采集的深度图像增强场合，其中的深度图像插值算法也可推广应用于其它图像的插值放大场合。

技术领域

本发明涉及一种对TOF相机采集的深度图像进行增强的方法，特别涉及一种利用图像中像素间距离和边缘方向信息进行TOF深度图像插值放大的方法。

背景技术

深度图像中的每一个像素表示场景中的某个点到相机成像平面的距离，它描述三维场景的几何信息，一直是计算机视觉领域的研究的重点和热点。

基于飞行时间(TOF)原理的三维测距相机，通过测量主动光线发射到物体表面后反射回来的时间差计算出物体表面的距离信息，可以实时地采集到物体表面的三维几何信息，是对传统三维信息获取方法的一种突破,势必促进相关领域的发展。与立体视觉技术相比,其不受基线长度限制,成像速度快,受纹理影响小；与扫描激光雷达相比,其成像速度快、体积小。TOF三维相机获取的深度信息可以应用于人机交互、3D重建、导航、测距、3D自由视频等诸多领域。

由此可见，TOF三维相机获取的深度信息起着举足轻重的作用，深度图像的质量对于后续工作的处理效果具有很大的影响。高质量的深度图为更加精细的人机交互奠定基础。

但TOF相机所获得深度图像有以下的一些缺陷：深度图像的分辨率远不及普通彩色图像的分辨率；深度图像的深度值受到显著的噪声干扰；深度图像在物体的边缘处的深度值易出现误差。这些缺陷给TOF相机的市场推广与应用带来了一些限制。因此，针对TOF相机深度图像分辨率较低，深度值受噪声干扰显著等问题，研究深度图像的增强技术，提高TOF深度图像质量具有重要意义。

发明内容

本发明提出一种TOF相机的深度图像增强方法，目的是提高深度图像分辨率，改善深度图像视觉质量。

本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：

(一)、利用图像平均法对TOF相机采集的深度图像进行噪声抑制，改善深度图像质量；

(二)利用图像中的像素间距离和边缘方向信息，对低分辨率的TOF深度图像进行插值放大，提高深度图像分辨率，设深度图像插值放大为原来分辨率的N×N倍，首先进行2倍插值放大；

这一过程包括两个部分：一是判断低分辨率深度图像中各像素属于边缘区域还是平滑区域；二是根据判断结果，采用不同的插值方法，步骤如下：

(1).判断低分辨率深度图像中各像素是否属于边缘区域

以低分辨率图像像素点(i,j)为中心的3×3邻域作为边缘检测窗口，利用四个方向模板检测该像素是否属于边缘区域，并检测出边缘方向；W¹、W²、W³、W⁴是分别检测0°、45°、90°、135°方向边缘的3×3模板，具体形式如下：

检测模板与3×3边缘检测窗口的卷积值R为：

R^m＝f(i-1,j-1)·W^m(1,1)+f(i-1,j)·W^m(1,2)+f(i-1,j+1)·W^m(1,3)+f(i,j-1)·W^m(2,1)+f(i,j)·W^m(2,2)+f(i,j+1)·W^m(2,3)+f(i+1,j-1)·W^m(3,1)+f(i+1,j)·W^m(3,2)+f(i+1,j+1)·W^m(3,3)m∈{1,2,3,4} (1)