Beschreibung
Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung von Tiefeninformation aus wenigstens zwei mittels eines Stereokamerasystems aufgenommenen Eingangsbildern
Die Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung von Tiefeninformationen aus wenigstens zwei mittels eines Stereokamerasystems aufgenommenen Eingangsbildern, wobei die Tiefeninformation aus einer Disparitätskarte unter Einbeziehung von geometrischen Eigenschaften des Stereokamerasystems berechnet wird. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Computerpro- gramm, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung, um ein derartiges
Verfahren auszuführen bzw. durchzuführen.
Stand der Technik
Die Tiefenberechnung auf Basis zweier Stereobilder ist ein Standardproblem in der Bildverarbeitung, zu dessen Lösung zahlreiche Algorithmen bekannt sind. Dabei werden mit Hilfe von Stereoauswertungsverfahren Disparitäten d zwischen zeitlich synchronisierten und rektifizierten Stereobildpaaren bzw. Stereovideobildpaaren bestimmt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Disparität d als eindimen- sionaler Verschiebungsvektor in Richtung der Bildzeile definiert und gibt ausgehend von einem Pixel bzw. Bildpunkt xi in dem linken Bild A1 den korrespondierenden Bildpunkt xj in dem rechten Bild A2 an. Die Menge aller Disparitäten d mit d = xj - xi' wird auch als Disparitätskarte bezeichnet, xi' bezeichnet den von dem linken Bild A1 in das rechte Bild A2 projizierten Bildpunkt. Die Tiefeninformation des Stereobilds lässt sich dann mit Hilfe der Disparitätskarte unter Einbeziehung der geometrischen Eigenschaften des Stereokamerasystems berechnen. Maßgeblich bei der Bestimmung der Disparitäten d ist die Ermittlung von Korrespondenzen von Bildpunkten in den Stereobildern. Zur Bestimmung der Disparitäten d werden häufig merkmalsbasierte Verfahren bzw. Algorithmen vorgeschlagen. Ei- ne Übersicht und Gegenüberstellung dieser Verfahren ist M. Z. Brown, D.
Burschka, und G. D. Hager "Advances in computational Stereo", IEEE Transacti-
ons on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 25, Nr. 8, Seiten 993 - 1008, August 2003 [1] und D. Scharstein und R. Szeliski "A taxonomy and evalu- ation of dense two-frame stereo correspondence algorithms", International Journal of Computer Vision, Vol. 47, Seiten 7 - 42, April 2002 [2] zu entnehmen.
Zur Berechnung der Disparitätskarte werden im Allgemeinen die in Fig. 2 dargestellten algorithmischen Verfahrensschritte V, S1 - S3 (in gestricheltem Rahmen), N durchlaufen. Die Originalbilddaten lassen sich mit Hilfe von Vorbereitungsschritten V hinsichtlich des gewählten Stereoverfahrens manipulieren (z. B. Me- dian-Filterung, Rangtransformation). In dem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt die Berechnung eines Distanzmaßes. Dabei werden häufig Distanzmaße oder korrelationsbasierte Maße verwendet. Abhängig von dem jeweils verwendeten Distanzmaß kann die in dem Verfahrensschritt S2 durchgeführte Aggregation der Kosten pixelweise direkt oder aber unter Verwendung von Fenstern erfolgen. Insbesondere in dem zuerst genannten Fall werden innerhalb der Korrespondenzsuche in Verfahrensschritt S3 Annahmen über die Glattheit, die Eindeutigkeit oder auch die Ordnung der Disparitäten als Nebenbedingung berücksichtigt. Der Aufwand, der innerhalb der Korrespondenzsuche im Verfahrensschritt S3 betrieben wird, ist oftmals für die Dichte, die Robustheit und die Zuverlässigkeit der Ergebnisse ausschlaggebend und durch die verwendete Optimierungstechnik definiert. Dabei sind aus dem Stand der Technik zum Beispiel die folgenden Optimierungstechniken bekannt: Dynamic Programming, Scan-Line Optimization, Graph-Based Techniques, Simulated Annealing und klassische lokale Methoden. Anschließend kann in einem Verfahrensschritt N eine Nachbearbeitung bzw. ein Post-Processing durchgeführt werden, insbesondere um offensichtlich fehlerhafte
Bereiche, welche etwa durch Verdeckungen entstehen können, aus der Disparitätskarte zu entfernen oder um durch Interpolation in dem zuvor ermittelten Kostenraum eine Subpixel-Genauigkeit der Disparitätsschätzung zu erreichen.
Die bekannten Stereo-Verfahren bzw. Stereo-Auswertungsverfahren basieren im
Kern auf der Minimierung von Kostenfunktionen (siehe hierzu Veröffentlichung [2]), welche die Differenz zwischen Bildblöcken aus zeitlich synchron aufgenommenen Bildpaaren des Stereokamerasystems quantifizieren. Hierzu werden häufig Distanzmaße, wie die Summe der absoluten Differenzen (Sum of Absolute Differences / SAD), die Summe der quadrierten Differenzen (Sum of Squared Dif- ferences / SSD) und der Kreuzkorrelationskoeffizient (Cross Correlation Coeffi-
cient / CCC) oder auch einfache Hamming-Distanzen zwischen Codeworten nach einer geeigneten Transformation und Quantisierung der Bilddaten verwendet (siehe Veröffentlichungen [1 ] und [2]). Das Distanzmaß stellt ein Maß für die Unähnlichkeit bzw. Unterschiedlichkeit dar. Der entscheidende Nachteil dieser Verfahren zur Schätzung von Stereodisparitäten auf realen Bildsequenzdaten besteht in den unzureichenden Invarianz- bzw. Robustheitseigenschaften. So setzen das SAD- und das SSD-Kriterium implizit die Konstanz des Mittelwerts der Daten voraus, was unter realen Bedingungen im Allgemeinen nicht gegeben ist. Mittelwertfreie Versionen dieser Kriterien weisen diesen Nachteil zwar nicht auf. Dennoch sind die Invarianzeigenschaften weiterhin unzureichend, da bereits eine einfache Skalierung der Daten, wie sie beispielsweise durch globale Beleuchtungsänderungen verursacht werden kann, nicht kompensiert wird. Dies gelingt erst durch Verwendung des verhältnismäßig rechenaufwändigen vorstehend genannten CCC-Kriteriums, welches jedoch wiederum bei nicht linearen Störun- gen der Daten, die etwa durch lokale Beleuchtungsänderungen hervorgerufen werden können, versagt. Verfahren auf der Basis von Hamming-Distanzen zwischen Codeworten transformierter, quantisierter Daten basieren im Allgemeinen auf heuristischen Ansätzen, so dass die entsprechenden Invarianzeigenschaften nicht analytisch bestimmt werden können. Auch die in [1 ] erwähnte nichtpara- metrische Rangtransformation stellt lediglich eine Heuristik dar.
Somit lässt sich zusammenfassen, dass die bekannten Verfahren zur Stereoauswertung zur Bestimmung von Tiefeninformation bzw. zur 3D-Rekonstruktion auf Basis von Stereokamerasystemen bzw. Stereovideosystemen je nach Imp- lementierungsvariante einen oder mehrere der folgenden Nachteile aufweisen:
Die Rechenkomplexität übersteigt die Rechenleistung von verwendeten eingebetteten Systemen (Embedded Systems) um eine oder mehrere Größenordnungen. - Die Disparitätsschätzungen liegen nur für einen Bruchteil von beispielsweise weniger als 10% der Bildpunkte vor.
Die Disparitätsschätzungen weisen einen signifikanten Anteil von groben Fehlmessungen auf. Die Disparitätsschätzungen weisen eine unzureichende Genauigkeit, z. B. ei- ne Standardabweichung in der Größenordnung von mehreren Disparitätsstufen auf.
Zum allgemeinen Stand der Technik wird auf die DE 102 19 788 C1 verwiesen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung von Tiefeninformation aus wenigstens zwei, insbesondere stereoskopisch mittels eines Stereokamerasystems, insbesondere mit wenigstens zwei Bildsensoren, aufgenommenen, insbesondere zeitlich synchronsierten und/oder rektifizierten, Ein- gangsbildern, wobei die Tiefeninformation aus einer Disparitätskarte unter Einbeziehung von geometrischen Eigenschaften des Stereokamerasystems berechnet bzw. bestimmt wird, vorgeschlagen, welches durch folgende Verfahrensschritte zur Ermittlung der Disparitätskarte gekennzeichnet ist:
- Transformation der Eingangsbilder in Signaturbilder mittels eines vorgegebenen Operators;
Kostenberechnung anhand der Signaturbilder mittels eines parameterfreien bzw. nichtparametrischen statistischen Rangkorrelationsmaßes zur Ermittlung eines Kostenraums für vorgegebene Disparitätsstufen in Bezug zu we- nigstens einem der wenigstens zwei Eingangsbilder;
Durchführung einer Korrespondenzanalyse für jeden Punkt des Kostenraums für die vorgegebenen Disparitätsstufen, wobei die jeweils zu bestimmende Disparität die Korrespondenz mit den geringsten Kosten aufweist; und Ermitteln der Disparitätskarte aus den zuvor bestimmten Disparitäten.
In vorteilhafter weise werden die eingangs erwähnten Mängel der bekannten Verfahren durch das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren vollständig behoben. Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren zur Ermittlung der Stereo-Video-Disparitäten bzw. der Disparität auf Basis eines statischen Rang- korrelationsmaßes besitzt keine der genannten Einschränkungen. Die eingesetzte parameterfreie bzw. nichtparametrische Statistik der Daten ist invariant gegenüber monotonen, nichtlinearen Transformationen. Die parameterfreie Statistik beschäftigt sich mit parameterfreien statistischen Modellen und parameterfreien statistischen Tests. Andere gebräuchliche Bezeichnungen sind nichtparametri- sehe Statistik oder verteilungsfreie Statistik. Die Modellstruktur ist dabei nicht vorab festgelegt. Es werden keine Annahmen über die Wahrscheinlichkeitsvertei-
lung der untersuchten Variablen gemacht. Ein Rangkorrelationskoeffizient bzw. ein Rangkorrelationsmaß stellt dementsprechend ein parameterfreies Maß für Korrelationen dar, womit gemessen werden kann, wie gut die Übereinstimmung zwischen zwei stochastischen Variablen ist, ohne Annahmen über die parametri- sehe Struktur der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Variablen zu machen. Das
Verfahren ermöglicht eine Implementierung auf aktuellen eingebetteten Systemen, z. B. auf programmierbaren integrierten Schaltkreisen (Field Programmable Gate Arrays / FPGA), eine dichte Schätzung von Disparitäten für allgemein mehr als 90% der relevanten Bildpunkte, eine robuste Schätzung von Disparitäten mit einem Ausreißeranteil von im Allgemeinen weniger als 1 % und eine Disparitätsschätzung mit einer Genauigkeit im Bereich von Subpixeln. Bei dem erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahren wird ein statistisches Maß bzw. eine statistische Metrik statt deterministischer Distanzmaße eingesetzt. Die Verwendung einer statistischen Rangkorrelation lässt sich streng mathematisch motivieren, da das Verfahren auf einen normierten Korrelationskoeffizienten zurückgeführt werden kann.
Die Eingangsbilder können nicht rektifiziert, teilrektifiziert oder nichtrektifiziert sein. Unter Rektifizierung bzw. Berichtigung wird allgemein die Eliminierung ge- ometrischer Verzerrungen in Bilddaten, beispielsweise bedingt durch nicht ideale
Abbildungseigenschaften der Optik oder kleine geometrische Herstellungstoleranzen des Imagers, verstanden.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn als nicht parametrisches statistisches Rangkorrelati- onsmaß der Kendalls-Tau-Rangkorrelationskoeffizient bzw. eine Variante dieses
Koeffizienten verwendet wird. Das Rangkorrelationsmaß von Kendall ist beispielsweise in H. Abdi, Kendall rank correlation. In N. J. Salkind (Ed.): Εncyclo- pedia of Measurement and Statistics" Thousand Oaks (CA), 2007 [3] beschrieben, welches bereits 1938 in der mathematischen Statistik eingeführt wurde. Aufgrund des verhältnismäßig hohen Rechenaufwands für hochdimensionale Daten hat das Verfahren jedoch für praktische Implementierungen im Bereich der Signalverarbeitung bislang keine Anwendung gefunden. Erst die Leistungsfähigkeit moderner eingebetteter Systeme sowie die applikationsspezifische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahrens erschließt das hier beschriebene sowie benachbarte Anwendungsfelder.
Unter einem Signaturbild wird ein mittels eines vorgegebenen Operators transformiertes Eingangsbild verstanden. Als vorgegebener Operator kann ein Vorzeichenoperator verwendet werden.
Mittels des Vorzeichenoperators können die Vorzeichen der Differenzen von
Bilddaten, insbesondere Grauwerten, unterschiedlicher Bildpunkte der jeweiligen Eingangsbilder in einem beliebig wählbaren Teilbereich der Eingangsbilder bestimmt und in den Signaturbildern abgespeichert werden.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass ein betrachtetes Bilddatenpaar mit ersten Bilddaten eines ersten Bildpunkts an entsprechenden Positionen eines ersten Eingangsbilds und eines zweiten Eingangsbilds und zweiten Bilddaten eines zweiten Bildpunkts an entsprechenden Positionen des ersten Eingangsbilds und des zweiten Eingangsbilds in dem beliebig wählbaren Teilbereich der ersten und zweiten Eingangsbilder verträglich ist bzw. korrespondiert, wenn das Vorzeichen der Differenz der Bilddaten des ersten Bildpunkts in dem ersten Eingangsbild von den Bilddaten des zweiten Bildpunkts in dem ersten Eingangsbild und das Vorzeichen der Differenz der Bilddaten des ersten Bildpunkts in dem zweiten Eingangsbild von den Bilddaten des zweiten Bildpunkts in dem zweiten Eingangsbild übereinstimmt bzw. die Vorzeichen an den entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Bildpunkte in den Signaturbildern der ersten und zweiten Eingangsbilder übereinstimmen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahrens kann vorgesehen sein, dass in dem beliebig wählbaren Teilbereich der Kendalls-
Tau-Rangkorrelationskoeffizient durch t = mit - 1 < t < 1 gegeben ist, n (n - 1 ) wobei f die Anzahl der verträglichen Bilddatenpaare, g die Anzahl der nicht verträglichen Bilddatenpaare und n die Anzahl sämtlicher betrachteter Bilddatenpaare des beliebig wählbaren Teilbereichs ist.
Das Rangkorrelationsmaß nach Kendall kann sonach wie folgt eingesetzt werden. Gegeben sind Paare (Al i, A2i), (A1j, A2j) von beobachteten Daten, z. B. Grauwerten von Bildpunkten in einem beliebig wählbaren Teilbereich der Bilder A1 und A2 eines Stereovideobildpaares. Als wesentliche Rechenoperation sind lediglich die Vorzeichen der Differenzen sign (A1 j - A1 i), sign (A2j - A2i) zu
bestimmen. Stimmen diese Vorzeichen überein, so ist das betrachtete Datenpaar verträglich, ansonsten nicht verträglich. Bezeichnet nun f die Anzahl der verträglichen Datenpaare und g die Anzahl der nicht verträglichen Datenpaare, so ist
2 - s durch t = ; s = f - g; -1 < t < 1 das Rangkorrelationsmaß nach Kendall n (n - 1 ) definiert, welches zur Realisierung des erfindungsgemäßen robusten Bildverarbeitungsverfahrens genutzt werden kann. Varianten des Verfahrens, welche den Fall verschwindender Differenzen explizit behandeln, sind ebenfalls zur Umsetzung des beschriebenen Stereoverfahrens geeignet, werden jedoch nicht näher betrachtet.
Das Stereokamerasystem kann als Stereovideosystem und die Eingangsbilder als Eingangsvideobilder ausgeführt sein. Selbstverständlich kommen dementsprechend als Bildsensoren CCD- oder CMOS-Kameras in Frage. Darüber hinaus ist es möglich, auch Bildsensoren in anderen Wellenlängenbereichen, bei- spielsweise dem Infrarotbereich zu verwenden und dementsprechend Wärmebildkameras einzusetzen.
Erfindungsgemäß wird ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln bzw. ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem compu- terlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren auszuführen, vorgeschlagen.
Des Weiteren ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Fahrerinformationssytem oder ein Fahrerassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens einem Ste- reokamerasystem oder Stereovideosystem, welches eine Bildverarbeitungseinrichtung aufweist, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahrens bzw. zur Ausführung des entsprechenden Computerprogramms eingerichtet ist, angegeben.
Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren ist vorzugsweise als Computerprogramm auf einer Bildverarbeitungseinrichtung eines Stereokamera Systems oder Stereovideosystems, insbesondere im Rahmen eines Fahrerinformationssystems bzw. Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs, realisiert, wobei auch andere Lösungen selbstverständlich in Frage kommen. Dazu kann das Computerprogramm in einem Speicherelement (z. B. ROM, EEPROM oder der-
gleichen) der Bildverarbeitungseinrichtung gespeichert sein. Durch Abarbeitung auf der Bildverarbeitungseinrichtung wird das Bildverarbeitungsverfahren ausgeführt. Die Bildverarbeitungseinrichtung kann einen Mikrocomputer mit einem Mikroprozessor, einen programmierbaren integrierten Schaltkreis (ReId P_rogram- mable Gate Array / FPGA), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific Jntegrated Circuit / ASIC), einen [Digitalen Sjgnalp_ro- zessor (DSP) oder dergleichen aufweisen. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB- Memorystick, Speicherkarte oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung übertragen werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnungen ein Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Stereobildpaars zur Veranschaulichung der Disparität gemäß dem Stand der Technik ;
Fig. 2 ein vereinfachtes Flussdiagramm des Ablaufs der Disparitätsschätzung in Stereoauswertungsverfahren gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 3 ein vereinfachtes schematisches Blockdiagramm eines Fahrerinformationssystems mit einem Stereovideosystem; und
Fig. 4 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen
Bildverarbeitungsverfahrens.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 3 zeigt ein als Stereovideosystem 10 ausgebildetes Stereokamerasystem mit zwei Bildsensoren 1 1 und 12, zwei Bildsensorsignalleitungen 13, 14, einer
Auswerteeinheit bzw. Bildverarbeitungseinrichtung 15, einer Ausgangssignalleitung 16 und einem nachfolgenden System 17. Als Bildsensoren 1 1 , 12 sind beispielsweise CCD- oder CMOS-Kameras, aber auch Wärmebildgeräte oder dergleichen einsetzbar. Beide Bildsensoren 1 1 , 12 sind derart angeordnet, dass sie dieselbe Szenen abbilden, allerdings unter einem etwas unterschiedlichen Sichtwinkel. Die Bildsensoren 1 1 , 12 übermitteln Bilder der beobachteten Szene an die Bildverarbeitungseinrichtung 15. Die Bildverarbeitungseinrichtung 15 erzeugt auf der Ausgangssignalleitung 16 ein Ausgangssignal, welches elektrisch, digital, akustisch und/oder visuell zur Anzeige, Information und/oder Speicherung an das nachfolgende System 17 übertragen wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das nachfolgende System ein Fahrerinformationssystem 17 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welches das Stereovideosystem 10 aufweist. In weiteren Ausführungsbeispielen könnte das nachfolgende System 17 auch ein Fahrassistenzsystem eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen sein.
In Fig. 4 ist ein erfindungsgemäßes Bildverarbeitungsverfahren zur Bestimmung von Tiefeninformation aus wenigstens zwei stereoskopisch mittels des Stereokamerasystems 10 mit den zwei Bildsensoren 1 1 , 12 aufgenommenen, vorzugsweise zeitlich synchronisierten und rektifizierten, Eingangsbildern A1 , A2, wobei die Tiefeninformation aus einer Disparitätskarte unter Einbeziehung von geometrischen Eigenschaften (insbesondere der Basisabstand zwischen den beiden Bildsensoren 1 1 , 12) des Stereokamerasystems 10 bestimmt bzw. berechnet wird, schematisch dargestellt. Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren wird für den Ablauf eines Echtzeit-Stereovideosystems auf Basis eines statisti- sehen Rangkorrelationsverfahrens verwendet. Als Eingangsdaten zur Echtzeit- prozessierung der Disparitätskarte liegen die rektifizierten Stereovideobilder bzw. Eingangsvideobilder A1 , A2 vor. Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren ist durch folgende Verfahrensschritte zur Ermittlung der Disparitätskarte gekennzeichnet:
In einem ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Transformation der Eingangsbilder A1 , A2 in Signaturbilder B1 , B2 mittels eines vorgegebenene Operators. In dem ersten Verfahrensschritt werden sozusagen die Grauwerte der Videobilder A1 , A2 zu Signaturbildern B1 , B2 transformiert. Dazu wird als vorgegebener Operator ein Vorzeichenoperator verwendet. Neben dem einfachen Vorzeichenoperator können in weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen auch komplexere
Operatoren eingesetzt werden, welche z. B. eine Epsilon-Umgebung des Nullpunktes separat kodieren und den jeweiligen Schwellwert hierzu an die lokale Bildinformation adaptieren und/oder z. B. aus Rechenzeitgründen nur eine geeignete Teilmenge der Signaturen bestimmen.
In einem zweiten Verfahrensschritt C wird eine Kostenberechnung anhand der Signaturbilder B1 , B2 mittels eines nichtparametrischen statistischen Rangkorrelationsmaßes zur Ermittlung eines Kostenraums für vorgegebene Disparitätsstufen in Bezug zu wenigstens einem der wenigstens zwei Eingangsbilder A1 , A2 durchgeführt. Die anschließende Kostenberechnung auf den Signaturbildern B1 ,
B2 basiert auf dem statistischen Rangkorrelationsmaß bzw. naheliegenden Varianten dieser Metrik, welche z. B. in weiteren Ausführungsbeispielen aus Rechenzeitgründen nur eine Teilmenge der verfügbaren Signaturen auswerten kann. Der resultierende Kostenraum (auch als JDisparity Space Jmage / DSI be- zeichnet) wird schichtweise für die einzelnen Disparitätsstufen, z. B. im Bezug zum linken Ausgangsbild A1 , ermittelt. Als nichtparametrisches statistisches Rangkorrelationsmaß wird ein Kendalls-Tau-Rangkorrelationskoeffizient bzw. dessen Varianten verwendet.
Anschließend erfolgt in einem dritten Verfahrensschritt D die Durchführung einer
Korrespondenzanalyse für jeden Punkt des Kostenraums für die vorgegebenen Disparitätsstufen, wobei die jeweils zu bestimmende Disparität d die Korrespondenz mit den geringsten Kosten aufweist, wonach anschließend in einem vierten Verfahrensschritt die Disparitätskarte aus den zuvor bestimmten Disparitäten d ermittelt wird. Die Korrespondenzanalyse bzw. Korrespondenzsuche verläuft innerhalb des Kostenraums für jeden Punkt in Richtung der Disparitätsdimension. Die ermittelte Disparität d entspricht der Korrespondenz mit den geringsten Kosten und ist sozusagen optimal. Zur Vermeidung von Ausreißern können Nebenbedingungen, wie z. B. die Eindeutigkeit des Kostenminimums oder auch die lo- kale Ausprägung der Kostenfunktion, berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren liefert zunächst pixelgenaue Disparitäten d, welche in einem weiteren Verarbeitungsschritt als Nachbereitung zur Bestimmung einer subpixelgenauen Disparitätskarte verfeinert werden können.
Mittels des Vorzeichenoperators werden die Vorzeichen der Differenzen von
Bilddaten, insbesondere Grauwerten, unterschiedlicher Bildpunkte der jeweiligen
Eingangsvideobilder A1 , A2 in einem beliebig wählbaren Teilbereich der Eingangsvideobilder bestimmt und in den Signaturbildern B1 , B2 abgespeichert.
Ein betrachtetes Bilddatenpaar mit ersten Bilddaten eines ersten Bildpunkts an entsprechenden Positionen des ersten Eingangsvideobilds A1 und des zweiten
Eingangsvideobilds A2 und zweiten Bilddaten eines zweiten Bildpunkts an entsprechenden Positionen des ersten Eingangsvideobilds A1 und des zweiten Eingangsvideobilds A2 in dem beliebig wählbaren Teilbereich der ersten und zweiten Eingangsvideobilder A1 , A2 ist verträglich bzw. korrespondiert, wenn das Vorzeichen der Differenz der Bilddaten des ersten Bildpunkts in dem ersten Eingangsvideobild A1 von den Bilddaten des zweiten Bildpunkts in dem ersten Eingangsvideobild A2 und das Vorzeichen der Differenz der Bilddaten des ersten Bildpunkts in dem zweiten Eingangsvideobild A2 von den Bilddaten des zweiten Bildpunkts in dem zweiten Eingangsvideobild übereinstimmt bzw. die Vorzeichen an den entsprechenden Positionen der ersten und zweiten Bildpunkte in den
Signaturbildern B1 , B2 der ersten und zweiten Eingangsvideobilder A1 , A2 übereinstimmen.
In dem beliebig wählbaren Teilbereich ist der Kendalls-Tau- Rangkorrelationskoeffizient durch t = mit - 1 < t < gegeben, wo- n • (n - 1 ) bei f die Anzahl der verträglichen Bilddatenpaare, g die Anzahl der nicht verträglichen Bilddatenpaare und n die Anzahl sämtlicher betrachteter Bilddatenpaare des beliebig wählbaren Teilbereichs ist.
Das erfindungsgemäße Bildverarbeitungsverfahren ist vorzugsweise als Computerprogramm auf der Bildverarbeitungseinrichtung 15 des Stereovideosystems 10, insbesondere im Rahmen des Fahrerinformationssystems 17 des Kraftfahrzeugs, realisiert, wobei auch andere Lösungen selbstverständlich in Frage kommen. Dazu kann das Computerprogramm in einem Speicherelement (z. B. ROM, EEPROM oder dergleichen) der Bildverarbeitungseinrichtung 15 gespeichert sein. Durch Abarbeitung auf der Bildverarbeitungseinrichtung 15, wird das Bildverarbeitungsverfahren ausgeführt. Die Bildverarbeitungseinrichtung 15 kann einen Mikrocomputer mit einem Mikroprozessor, einen programmierbaren integrierten Schaltkreis (ReId P_rogrammable Gate Array / FPGA), einen anwendungs- spezifischen integrierten Schaltkreis (Application Specific |ntegrated Circuit /
ASIC), einen Digitalen Signalp/ozessor (DSP) oder dergleichen aufweisen. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Datenträger (Diskette, CD, DVD, Festplatte, USB-Memorystick, Speicherkarte oder dergleichen) oder einem Internetserver als Computerprogrammprodukt gespeichert sein und von dort aus in das Speicherelement der Bildverarbeitungseinrichtung 15 übertragen werden.
Nichtpatentliteratur:
[1] M. Z. Brown, D. Burschka, und G. D. Hager "Advances in computational ste- reo", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 25,
Nr. 8, Seiten 993 - 1008, August 2003
[2] D. Scharstein und R. Szeliski "A taxonomy and evaluation of dense two-frame stereo correspondence algorithms", International Journal of Computer Vision,
Vol. 47, Seiten 7 - 42, April 2002 [3] H. Abdi, Kendall rank correlation. In N. J. Salkind (Ed.): Εncyclopedia of
Measurement and Statistics" Thousand Oaks (CA), 2007