Robocikowo>ROBOCIKOWO
computer-vision

Głębia stereo

AktywnyAktualizacja: 28 października 2026Opublikowany
Szacowanie głębi z pary kamer stereo: wyznaczenie dysparycji między obrazem lewym i prawym oraz triangulacja odległości na podstawie znanej bazy i ogniskowej.
Kluczowa innowacja
Pozwala uzyskać gęstą mapę głębi pasywnie, z dwóch zwykłych kamer, przez dopasowanie odpowiadających sobie punktów i triangulację — bez aktywnego emitera światła.
Kategoria
computer-vision
Poziom abstrakcji
Building block
Poziom operacji
DaneInferencja
Zastosowania
Percepcja głębi w robotach mobilnych i humanoidachNawigacja i unikanie przeszkódChwytanie i manipulacja (bin picking)Mapowanie 3D i SLAMPojazdy autonomiczne i ADASKamery głębi (Luxonis OAK, Intel RealSense)

Jak działa

1) Kalibracja i rektyfikacja: wyznacza się parametry wewnętrzne i wzajemne kamer, a obrazy prostuje tak, by linie epipolarne były poziome (odpowiedniki leżą w tych samych wierszach). 2) Dopasowanie (korespondencja): dla każdego piksela szuka się odpowiednika na drugim obrazie wzdłuż wiersza, minimalizując koszt dopasowania (np. SAD/SSD w oknie, Census, lub nauczone cechy CNN). 3) Mapa dysparycji: różnica pozycji odpowiadających pikseli tworzy gęstą mapę dysparycji; agregacja kosztu (np. Semi-Global Matching) wygładza wynik. 4) Triangulacja: dysparycję przelicza się na głębię Z = f·B/d i dalej na chmurę punktów 3D. 5) Opcjonalny post-processing: filtracja, wypełnianie dziur, kontrola spójności lewo-prawo.

Rozwiązany problem

Umożliwia pomiar odległości i rekonstrukcję 3D sceny z obrazów 2D za pomocą zwykłych kamer, bez aktywnego emitera (jak w ToF czy skanerach strukturalnych), dzięki czemu działa w pełnym słońcu i na większych dystansach ograniczonych jedynie bazą i rozdzielczością.

Komponenty

Kalibracja i rektyfikacjaPrzygotowanie pary stereo do dopasowania 1D wzdłuż wiersza.

Wyznaczenie parametrów kamer i wyprostowanie obrazów tak, by odpowiadające punkty leżały w tych samych wierszach (linie epipolarne poziome).

Dopasowanie korespondencjiSedno metody — generuje surową dysparycję.

Dla każdego piksela wyszukanie odpowiednika na drugim obrazie przez minimalizację kosztu dopasowania (SAD/SSD/Census lub cechy CNN).

Mapa dysparycjiReprezentacja pośrednia odwrotnie proporcjonalna do głębi.

Gęsta mapa poziomych przesunięć między odpowiadającymi pikselami; często wygładzana agregacją kosztu (np. SGM).

Triangulacja / reprojekcjaZamienia dysparycję na metryczną odległość.

Przeliczenie dysparycji na głębię (Z = f·B/d) i chmurę punktów 3D z użyciem bazy i ogniskowej.

Implementacja

Pułapki implementacyjne
Obszary bez teksturyWysoka

Jednolite powierzchnie (gładkie ściany, niebo) nie dają jednoznacznych dopasowań, co powoduje dziury i błędną dysparycję.

Rozwiązanie:Dodanie tekstury aktywnym projektorem wzoru, agregacja kosztu (SGM), filtracja spójności.
OkluzjeŚrednia

Punkty widoczne tylko w jednej kamerze nie mają odpowiednika, co daje błędy przy krawędziach obiektów.

Rozwiązanie:Kontrola spójności lewo-prawo i wypełnianie okluzji.
Wzorce powtarzalneŚrednia

Powtarzające się tekstury (kraty, płoty) prowadzą do wieloznacznych dopasowań.

Rozwiązanie:Większe okno/kontekst, ograniczenia globalne, uczone cechy.
Błędy kalibracji i rektyfikacjiWysoka

Niedokładna kalibracja łamie założenie poziomych linii epipolarnych i psuje dopasowanie oraz skalę głębi.

Rozwiązanie:Staranna kalibracja, sztywny montaż, okresowa rekalibracja.

Ewolucja

2002
Taksonomia i ewaluacja gęstego dopasowania stereo (Scharstein i Szeliski)
Punkt przełomowy

Ustandaryzowanie etapów dopasowania stereo i benchmark Middlebury.

2005
Semi-Global Matching (Hirschmüller)
Punkt przełomowy

Praktyczna, dokładna i szybka agregacja kosztu, szeroko stosowana w czasie rzeczywistym.

2016
MC-CNN — sieć CNN do porównywania płatków (Žbontar i LeCun)
Punkt przełomowy

Pierwsze użycie nauczonego kosztu dopasowania, początek stereo z uczeniem głębokim.

2018
PSMNet — piramidalna sieć dopasowania stereo (Chang i Chen)

Kompletny, uczony end-to-end potok stereo z wolumenem kosztu 3D.

2021
RAFT-Stereo (Lipson, Teed, Deng)

Rekurencyjne, wieloskalowe uściślanie dysparycji o wysokiej dokładności.

Hiperparametry (konfigurowalne osie)

Baza stereoWysoka

Odległość między kamerami; większa baza poprawia dokładność na dystansie, ale zwiększa minimalną odległość i obszary okluzji.

OgniskowaŚrednia

Ogniskowa w pikselach; wraz z bazą skaluje przeliczenie dysparycji na głębię.

Zakres dysparycjiWysoka

Liczba sprawdzanych poziomów dysparycji; wyznacza najbliższy mierzalny dystans i koszt obliczeń.

Okno dopasowaniaŚrednia

Rozmiar okna porównania w metodach lokalnych; większe okno jest odporniejsze na szum, ale rozmywa krawędzie.

Złożoność obliczeniowa

Złożoność czasowa: O(W·H·D).

Paradygmat wykonania

Tryb główny
Gęsty

Dysparycja wyliczana gęsto dla wszystkich pikseli obrazu.

Wzorzec aktywacji
Wszystkie ścieżki aktywne

Równoległość

Poziom równoległości
Częściowo równoległy

Obliczanie wolumenu kosztu i dopasowanie per-piksel są silnie równoległe; agregacja ścieżkowa w SGM wprowadza zależności sekwencyjne wzdłuż ścieżek.

Zakres
Inferencja

Wymagania sprzętowe

Dobry fit

Uczone metody stereo (np. PSMNet, RAFT-Stereo) korzystają z akceleracji GPU do splotów i wolumenu kosztu.

Możliwe

Klasyczny SGM/block matching jest implementowany na FPGA/ASIC i procesorach wizyjnych (np. w kamerach głębi) dla stereo w czasie rzeczywistym przy niskim poborze mocy.

Możliwe

Lokalne block matching (np. OpenCV StereoBM) działa na zwykłym CPU.