這里開(kāi)源了一些經(jīng)典的立體匹配算法，你可能會(huì)感興趣：https://github.com/ethan-li-coding?github.com

雙目立體視覺(jué)（Binocular Stereo Vision）是機(jī)器視覺(jué)的一種重要形式，它是基于視差原理并利用成像設(shè)備從不同的位置獲取被測(cè)物體的兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差，來(lái)獲取物體三維幾何信息的方法1。

精度，是雙目立體視覺(jué)至關(guān)重要的指標(biāo)。

雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)，不談精度幾許，未免顯得業(yè)余！

精度不行？

“來(lái)，小同志往邊上讓一讓，下一個(gè)！”

精度很高？

“小伙子你們?cè)O(shè)備多少錢！能打個(gè)折不！”

做過(guò)雙目研究的伙伴們，肯定是經(jīng)常和精度打交道的，大部分人也肯定知道，雙目立體視覺(jué)的精度主要看的是深度方向的精度！深度圖是很多雙目設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)，通過(guò)深度圖以及相機(jī)參數(shù)，可以算出三維點(diǎn)云的空間坐標(biāo)，公式如下：

可知深度D DD的角色感很強(qiáng)，把深度估計(jì)準(zhǔn)了，那三維點(diǎn)也就準(zhǔn)了。（什么，相機(jī)標(biāo)定也不準(zhǔn)？當(dāng)我沒(méi)說(shuō)！）

所以，如何讓深度精度更高？

我們?cè)賮?lái)看一個(gè)經(jīng)典公式：

這可再熟悉不過(guò)了，

是深度， 是基線， 是焦距（像素單位）， 是視差。咱們一分為二看這個(gè)公式，右邊分母部分是像素視差值，和算法相關(guān)；分子部分是系統(tǒng)硬件參數(shù)，和硬件相關(guān)。

可知深度精度是由算法和硬件綜合決定。

研發(fā)：“哥們，你們硬件做的不行啊！”
硬件：“屁，是你們算法不行！”
老板：“都是廢物！”

對(duì)各參數(shù)不太清楚的同學(xué)可以看下圖：

1 算法因素

咱們先分析算法對(duì)精度的影響。那么硬件參數(shù)

和 就假設(shè)是已知且恒定的了。

假設(shè)視差偏差為

，則計(jì)算視差偏差 下的深度偏差 ：

(修訂：假設(shè)視差偏差和深度偏差都是正值（假設(shè)負(fù)值同理），公式(2)左邊應(yīng)該是減號(hào))

和 已知且恒定，如果我們把 也恒定，也就是在同一個(gè)深度距離下評(píng)判精度，由公式（1）可知 也就恒定。此時(shí)容易發(fā)現(xiàn)， 越小， 越小。說(shuō)明：

（一）視差偏差越小，深度偏差越小；換言之，算法的視差精度越高，深度精度越高，深度精度和視差精度成正比。

所以更高精度的視差估計(jì)算法，自然能帶來(lái)更高的深度精度。

2 硬件因素

上面分析算法對(duì)精度的影響，所以固定了硬件參數(shù)

和 。現(xiàn)在我們來(lái)分析視差精度恒定的情況下，硬件參數(shù)如何影響精度。還是基于上面三個(gè)公式，但是做一些修改，把公式（1）代入到（3）中，如下：

(修訂：假設(shè)視差偏差和深度偏差都是正值（假設(shè)負(fù)值同理），公式(2)左邊應(yīng)該是減號(hào))

同樣，我們把

恒定，也就是在同一個(gè)深度距離下評(píng)判精度，因?yàn)橐暡罹群愣?#xff08;也就是視差估計(jì)算法定了，精度差不多固定了），因此 也恒定。不難發(fā)現(xiàn)， 和 對(duì) 有相同的影響關(guān)系， 越大、 越大， 越小。說(shuō)明：

（二）基線越大、焦距（像素單位）越長(zhǎng)，深度精度越高。深度精度和基線、焦距成正比。

從公式中我們看到，影響

的實(shí)際是基線和焦距的乘積，所以若兩個(gè)一起增大，那深度精度必然增大，若一個(gè)增大一個(gè)減小，那么深度精度可能增大也可能減小。

另一個(gè)需要說(shuō)明的是，

是焦距的像素單位，它和焦距的空間尺寸和像素大小有關(guān)，設(shè)焦距的空間尺寸為 ，像素大小為 ，則 的計(jì)算公式為：

顯然，

越小， 越大。我們知道 的大小是相機(jī)傳感器尺寸決定的，而焦距是鏡頭決定的。所以選相機(jī)的時(shí)候要了解第三個(gè)知識(shí)：

（三）像素大小越小，同樣的物理尺寸焦距有更長(zhǎng)的像素尺寸焦距，深度精度就越高。

3 深度范圍

上面我們分析了算法參數(shù)和硬件參數(shù)對(duì)深度精度的影響，但還有一個(gè)重要的因素，它即非硬件相關(guān)也非算法相關(guān)，它就是深度本身的大小，也即深度范圍。簡(jiǎn)單的說(shuō)，目標(biāo)離鏡頭的距離不同，精度是不一樣的。

對(duì)上一節(jié)的公式（3）再多做一步推導(dǎo)：

這里討論深度范圍，所以假設(shè)

、 和 都恒定。顯然可以發(fā)現(xiàn)， 越小， 越小。所以我們得出第四個(gè)結(jié)論：

（四）測(cè)量目標(biāo)離系統(tǒng)越近，深度精度越高。

4 總結(jié)

我想大家其實(shí)在實(shí)際應(yīng)用中都會(huì)有一些直觀的理解，比如（1）算法越好，精度越高，明擺著嘛！（2）相機(jī)分辨率越高，精度越高，這不廢話嘛！（3）基線越長(zhǎng)，精度越高，顯而易見(jiàn)嘛！

本文的目的就是通過(guò)公式推導(dǎo)來(lái)嚴(yán)格證明，以讓大家更加清晰的明白各因素影響精度的本質(zhì)，從而更科學(xué)的指導(dǎo)雙目系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。再來(lái)匯總一下上面的四條結(jié)論：

（一）視差偏差越小，深度偏差越小；換言之，算法的視差精度越高，深度精度越高，深度精度和視差精度成正比。 （二）基線越大、焦距（像素單位）越長(zhǎng)，深度精度越高。深度精度和基線、焦距成正比。 （三）像素大小越小，同樣的物理尺寸焦距有更長(zhǎng)的像素尺寸焦距，深度精度就越高。 （四）測(cè)量目標(biāo)離系統(tǒng)越近，深度精度越高。

所以同學(xué)們你們現(xiàn)在知道怎么設(shè)計(jì)雙目系統(tǒng)能提高精度了嗎？

（1）選高精度視差估計(jì)算法 （2）在應(yīng)用場(chǎng)景允許、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足需求的情況下，盡可能延長(zhǎng)基線。 （3）在視場(chǎng)范圍、景深滿足需求的情況下，盡可能選擇長(zhǎng)焦鏡頭 （4）在算力允許的情況下，選擇高分辨率相機(jī)（本質(zhì)上應(yīng)該是像素尺寸小的相機(jī)，有的相機(jī)提高了分辨率，只是提升了視域，但像素尺寸不變，那精度也不變） （5）測(cè)量距離適當(dāng)拉近（這點(diǎn)往往是場(chǎng)景需求決定的）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的双目估计方法_教你提高双目立体视觉系统的精度！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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