基于計(jì)算機(jī)視覺的深度估計(jì)方法

劉海艷 陸映峰

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系在利用機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，對(duì)于機(jī)械的識(shí)別、追蹤與測(cè)算能力有著較高的要求，為了進(jìn)一步提升機(jī)械的服務(wù)能力，滿足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中的使用需求。計(jì)算工作者以計(jì)算機(jī)視覺作為研究核心，將攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)為基本框架，在機(jī)械當(dāng)中模擬出人類的視覺功能，完成識(shí)別、追蹤與測(cè)算等一系列工作。文章以計(jì)算機(jī)視覺作為研究中心，從多個(gè)維度出發(fā)，對(duì)深度估算的方法進(jìn)行優(yōu)化，以期為后續(xù)技術(shù)研究與應(yīng)用工作的開展準(zhǔn)備條件。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺 深度估計(jì) 雙目視覺 單目視覺

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（a）-0037-02

計(jì)算機(jī)視覺要求相關(guān)技術(shù)體系運(yùn)行過程中，能夠從景物的二維圖像中獲取三維立體結(jié)構(gòu)與景物的基本屬性，并在這一過程中，對(duì)一幅或者多幅圖像中的信息進(jìn)行獲取，這一過程稱之為深度估計(jì)。在進(jìn)行深度估計(jì)的過程中，為了提升估計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性，普遍使用主動(dòng)視覺與被動(dòng)視覺兩種方式，主動(dòng)視覺與被動(dòng)視覺是根據(jù)成像光源的差異來進(jìn)行區(qū)分的，主動(dòng)視覺是被測(cè)量的物體可以發(fā)出可控光束，而后對(duì)光束進(jìn)行獲取，形成最終的影像。被動(dòng)視覺不需要可控光源也可以進(jìn)行成像操作，因此應(yīng)用性相較于主動(dòng)視覺技術(shù)要更為廣泛，操作性更強(qiáng)?；谶@種情況，文章將計(jì)算機(jī)被動(dòng)視覺深度估計(jì)方法作為主要的研究對(duì)象，從多個(gè)維度出發(fā)，以現(xiàn)有的技術(shù)為條件，對(duì)計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的方法進(jìn)行優(yōu)化與發(fā)展。

1 被動(dòng)視覺原理分析

被動(dòng)視覺作為被動(dòng)傳感器技術(shù)體系的重要分支，涵蓋了雙目立體視覺、運(yùn)動(dòng)視覺、描影視覺與聚焦法等集中不同的技術(shù)類型，由于被動(dòng)視覺不要求測(cè)量物體本身具有發(fā)光屬性，因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性?，F(xiàn)階段被動(dòng)視覺被廣泛應(yīng)用于距離測(cè)量與3D景物恢復(fù)工作之中，借助于自身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，被動(dòng)視覺可以使用多臺(tái)攝像機(jī)對(duì)同一目標(biāo)的兩幅照片進(jìn)行視差計(jì)算形成計(jì)算深度，通過這種方式最大程度地提升了被動(dòng)視覺測(cè)量的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。但是從實(shí)際情況來看，被動(dòng)視覺所使用的雙目立體視覺、運(yùn)動(dòng)視覺、描影視覺等操作模式，雖然滿足了部分計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用工作的客觀要求，但是受到多種因素的影響，被動(dòng)視覺技術(shù)的應(yīng)用效果受到制約，難以發(fā)揮被動(dòng)視覺的技術(shù)優(yōu)勢(shì)[1]。對(duì)被動(dòng)視覺原理的全面分析，幫助技術(shù)人員進(jìn)一步理清被動(dòng)視覺估計(jì)的核心訴求，為后續(xù)計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)活動(dòng)的開展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境，為后續(xù)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)體系的完善與發(fā)展提供了必要的技術(shù)支持。

2 深度估計(jì)在計(jì)算機(jī)視覺中實(shí)現(xiàn)所遵循的原則

計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)活動(dòng)的有序開展，不僅需要技術(shù)人員對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的重難點(diǎn)進(jìn)行明晰，還需要從原則框架的角度出發(fā)，對(duì)自身工作進(jìn)行梳理，以期完善計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)工作實(shí)施的途徑與手段，構(gòu)建起科學(xué)高效的計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的全新模式。

2.1 計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)要遵循科學(xué)性的原則。

計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)體系的構(gòu)建，要充分體現(xiàn)科學(xué)性的原則，只有從科學(xué)的角度對(duì)計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)活動(dòng)的主要流程、計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的基本要求以及計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的重難點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致而全面的考量，才能夠最大限度地保證鄉(xiāng)村小學(xué)音樂教學(xué)課體系實(shí)踐操作模式滿足切實(shí)滿足使用要求，只有在科學(xué)精神、科學(xué)手段、科學(xué)理念的指導(dǎo)下，技術(shù)人員才能夠以現(xiàn)有的教學(xué)資源為基礎(chǔ)，構(gòu)建計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)新體系。

2.2 計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)必須要遵循實(shí)用性的原則。

由于計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的內(nèi)容多樣，操作環(huán)節(jié)較多。為了適應(yīng)這一現(xiàn)實(shí)狀況，計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的相關(guān)操作之中，就要盡可能地增加計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)方案的容錯(cuò)率，減少外部環(huán)境對(duì)計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)活動(dòng)的影響[2]。降低操作的難度，使得在較短時(shí)間內(nèi)，進(jìn)行批量操作，保證各個(gè)環(huán)節(jié)之中計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)的順利開展。

3 深度估計(jì)在計(jì)算機(jī)視覺中實(shí)現(xiàn)的途徑與方法

深度估計(jì)在計(jì)算機(jī)視覺中的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)全方位的過程，技術(shù)人員需要明確被動(dòng)視覺的技術(shù)原理，以科學(xué)性原則、實(shí)用性原則為基本框架。采取針對(duì)性的技術(shù)手段，構(gòu)建起計(jì)算機(jī)深度估計(jì)的有效方法，確保計(jì)算機(jī)視覺體系的有序構(gòu)建。

3.1 立體視覺技術(shù)的優(yōu)化

雙目立體視覺是人類獲取距離信息的主要方法，其主要用于解決二維投影圖像進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，在這一體系下，為了實(shí)現(xiàn)距離獲取的準(zhǔn)確性，需要在不同的位置進(jìn)行不同數(shù)量攝像機(jī)的設(shè)置、移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)，通過這種方式來進(jìn)行圖像的獲取，并通過數(shù)學(xué)算法對(duì)多幅圖片的視差進(jìn)行計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上形成三維坐標(biāo)[3]。具體原理如圖1所示。

在獲取信息的過程中，雙目立體視覺技術(shù)的視差與相機(jī)測(cè)量的深度成反比例管理，因此，只有在近距離測(cè)量的過程中，測(cè)量數(shù)據(jù)才具有可參考性，一旦測(cè)量距離超過一定的限度，測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性難以得到保證。為了應(yīng)對(duì)上述情況，發(fā)揮雙目立體視覺技術(shù)在深度估計(jì)中的重要性，技術(shù)人員需要在科學(xué)性原則的框架體系下，分析雙目立體視覺技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)將相機(jī)建模、特征提取、圖像匹配與深度計(jì)算進(jìn)行高度整合，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)獲取、信息處理與三維坐標(biāo)構(gòu)建中的積極作用，通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，對(duì)雙目立體視覺獲取的坐標(biāo)進(jìn)行糾偏，防止坐標(biāo)體系計(jì)算過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)被動(dòng)視覺的三維重建，促進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的健康快速發(fā)展。

3.2 運(yùn)動(dòng)視覺在計(jì)算機(jī)視覺中的實(shí)現(xiàn)

運(yùn)動(dòng)視覺借助于被測(cè)對(duì)象與攝像設(shè)備之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，構(gòu)建起三維表面信息體系。運(yùn)動(dòng)視覺以因分子分解的運(yùn)動(dòng)估算結(jié)構(gòu)為框架，研究不同時(shí)間段內(nèi)運(yùn)動(dòng)變化場(chǎng)景中，物體形狀、位置與運(yùn)動(dòng)信息的獲取。在運(yùn)動(dòng)視覺進(jìn)行三維信息獲取的過程中，需要技術(shù)人員從兩個(gè)維度入手，一個(gè)維度在于通過對(duì)多幅圖片進(jìn)行抽取特點(diǎn)，建立起對(duì)應(yīng)的位置關(guān)系，另一個(gè)維度在于根據(jù)不同點(diǎn)之間的位置關(guān)系進(jìn)行函數(shù)關(guān)系的推定，形成物體的結(jié)構(gòu)表述與運(yùn)動(dòng)特性。為了進(jìn)一步發(fā)揮運(yùn)動(dòng)是覺得技術(shù)優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員可以在實(shí)用性原則的基礎(chǔ)上，全面分析運(yùn)動(dòng)視覺的基本環(huán)節(jié)，從對(duì)運(yùn)動(dòng)視覺技術(shù)操作的冗余環(huán)節(jié)入手，不斷進(jìn)行技術(shù)流程的優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，將數(shù)學(xué)算法融入到計(jì)算機(jī)視覺之中，形成數(shù)學(xué)表達(dá)形式，z=（Δx+XΔz）/[X（r31X+r32Y-r33）+（r11X+r12Y-r13）]，其中，z為計(jì)算機(jī)視覺深度；Δx為測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)矢量變化；X、Y、r分別為被測(cè)算物體的三維坐標(biāo)，通過構(gòu)建起科學(xué)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，技術(shù)人員可以準(zhǔn)確便捷的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)視覺數(shù)據(jù)信息的計(jì)算，發(fā)揮運(yùn)動(dòng)視覺估計(jì)方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)方法在實(shí)踐中的應(yīng)用，需要技術(shù)人員從現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的實(shí)際出發(fā)，將被動(dòng)視覺作為研究核心，明確被動(dòng)視覺的技術(shù)原理。在此基礎(chǔ)上，以科學(xué)性原則、實(shí)用性原則為基本框架，以現(xiàn)有的技術(shù)手段為引導(dǎo)，將雙目立體視覺技術(shù)與運(yùn)動(dòng)視覺技術(shù)為突破口，借助于數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式，形成深度估計(jì)運(yùn)行模式，發(fā)揮深度估計(jì)方法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)視覺體系的合理化構(gòu)建，確保相關(guān)技術(shù)操作的有序開展。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦彤.基于單幅散焦圖像的深度估計(jì)算法的研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)，2014.

[2] 薛松，王文劍.基于高斯-柯西混合模型的單幅散焦圖像深度恢復(fù)方法[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2017，44（1）：32-36.

[3] 袁紅星，吳少群，安鵬，等.對(duì)象引導(dǎo)的單幅散焦圖像深度提取方法[J].電子學(xué)報(bào)，2014，42（10）：2009-2015.