学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于立体视觉的三维重建关键算法研究及应用

作　者: 白荣侠
导　师: 王保保
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 双目立体视觉 摄像机标定 立体匹配 三维重建
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 189次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


图像的三维重构是以图像作为载体,从中获取有用信号,进而得到被测物体表面的三维信息。随着计算机技术的快速发展,图像的三维重构已经成为计算机视觉领域的一个研究热点并广泛应用于航空测绘、视觉导航、运动分析、医学诊断及工业检测等领域。因此,本课题的研究具有重要的理论意义和实用价值。以Marr的计算机视觉理论为基础的双目立体视觉方法是目前进行三维重构的一个重要方法,它运用两个摄像机对同一景物从不同位置拍摄成像,并根据几何原理实现三维场景的恢复。本文以双目立体视觉理论为基础,重点对立体视觉测量中的关键技术：摄像机标定、立体匹配、三维重构等进行了研究。在摄像机标定部分,考虑到实验仪器和实验环境等实际因素,采用了步骤简单、标定精度高的张正友平面标定法来获取摄像机的内部参数,并对简单的相机标定方法进行了研究。在立体匹配部分,对基于区域相关的匹配以及基于特征的匹配中常用的几种相似性度量方法通过实验进行了比较,并重点研究了基于Graph Cuts的立体匹配方法,该方法将立体匹配问题转化为一个能量函数最小化的问题,根据能量函数构造合适的图网格,利用Graph Cuts理论来有效地最小化该函数,从而实现立体匹配。在完成摄像机标定和立体匹配后,利用双目立体视觉测量原理中空间点坐标的计算公式得到被测物体表面各点的三维坐标,并将数据转换为深度图像进行显示,由于误匹配等因素的存在,测量过程会产生一些噪声,针对该问题研究了深度图像的平滑算法。最后对物体进行三维重建,并用OpenGL可视化输出。为了验证算法的可行性,本课题对三维重建的各个步骤都进行了实验验证,并将该方法用于医学辅助诊断中病变区域的三维测量中,取得了良好的测量效果。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 概述  9
  1.2 研究背景及意义  9-10
  1.3 研究现状及存在的问题  10-15
    1.3.1 光学图样法  11-13
    1.3.2 光电法  13-15
  1.4 本文的研究内容及章节安排  15-17
第二章 双目立体视觉的基本理论  17-27
  2.1 测量原理与数学模型  17-20
    2.1.1 平视双目立体视觉测量原理  17-18
    2.1.2 双目立体视觉测量的一般模型  18-20
  2.2 双目立体视觉的研究内容  20-21
  2.3 影响深度测量的主要因素  21-25
    2.3.1 系统结构参数对精度的影响  21-23
    2.3.2 立体视觉结构模型对精度的影响  23-24
    2.3.3 摄像机焦距对精度的影响  24-25
  2.4 本章小结  25-27
第三章 摄像机标定  27-41
  3.1 常用的摄像机模型  27-30
    3.1.1 小孔模型  27-28
    3.1.2 摄像机内参数模型  28-30
    3.1.3 摄像机外参数模型  30
  3.2 摄像机标定方法分类  30-33
    3.2.1 传统的摄像机标定方法  31-32
    3.2.2 摄像机自标定方法  32-33
  3.3 常用的摄像机标定方法  33-37
    3.3.1 张正友的平面标定法  34-36
    3.3.2 简单相机定标  36-37
  3.4 实验及结果分析  37-39
  3.5 本章小结  39-41
第四章 立体匹配  41-57
  4.1 立体匹配中的约束条件  41-44
    4.1.1 特征匹配约束  41-42
    4.1.2 不变性约束  42-43
    4.1.3 直线约束  43-44
  4.2 影响立体匹配的主要因素  44-47
    4.2.1 匹配基元的选择  44-45
    4.2.2 相似性度量  45-46
    4.2.3 搜索空间  46-47
    4.2.4 搜索策略  47
  4.3 立体匹配算法分类  47-51
    4.3.1 基于区域相关的匹配  47-50
    4.3.2 基于特征的匹配  50-51
    4.3.3 基于相位的匹配  51
  4.4 基于Graph Cuts的立体匹配算法  51-55
    4.4.1 Graph Cuts的基本知识  52-53
    4.4.2 能量函数的构造  53-54
    4.4.3 能量函数的最小化  54-55
  4.5 实验结果  55-56
  4.6 本章小结  56-57
第五章 深度恢复及其在医学辅助诊断中的应用  57-63
  5.1 基于双目立体视觉的三维重建  57-58
    5.1.1 硬件构成  57
    5.1.2 系统工作流程  57-58
  5.2 深度数据的BMP位图显示  58-59
  5.3 深度图像的平滑  59-61
    5.3.1 毛刺产生的原因  59-60
    5.3.2 噪声的消除  60-61
  5.4 双目立体视觉测量方法在医学辅助诊断中的应用  61-62
    5.4.1 病变区域的图像采集及预处理  61
    5.4.2 实验结果  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章 总结及展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-71
研究成果  71

相似论文

  1. 医学超声图像的三维可视化研究,TP391.41
  2. 有标记点的人体三维运动数据获取方法的研究,TP391.41
  3. PCB视觉检测系统中相机标定算法与位姿测定技术,TP391.41
  4. 三维头部数值模型的建立及DBS电场的分析研究,R742.5
  5. 口角蜗轴的三维立体结构研究,R782.2
  6. 豚鼠耳蜗三维重建与基底膜模态数值模拟的研究,R764
  7. 豚鼠内耳前庭结构三维重建与温度场数值模拟的研究,R764
  8. 医学图像的三维可视化算法研究,TP391.41
  9. 三维形貌实时测量方法研究及软件设计,TP274
  10. 双目立体匹配的算法研究及其多核并行化,TP391.41
  11. 基于深度融合和曲面演变的多视点三维重建及其应用,TP391.41
  12. 时空结合的深度视频估计及相关研究,TP391.41
  13. 基于三焦点张量的摄像机标定技术研究及实现,TP391.41
  14. 基于面结构光的物体表面三维重建方法研究与实现,TP391.41
  15. 基于双镜面成像的单摄像机标定方法研究,TP391.41
  16. 基于双目立体视觉的水下三维重建,TP391.41
  17. 冠状动脉递推建模及其应用,R312
  18. 基于光度立体视觉的表面精细特征三维重建技术研究,TP391.41
  19. 基于光栅投影的牙颌三维测量系统研究,TP391.41
  20. 基于机器视觉的工业机器人抓取技术的研究,TP242.2
  21. 基于航空立体多影像的城市建筑物识别技术研究,TP391.41

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
© 2012 www.xueweilunwen.com