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高精度三维重建技术的研究

作　者: 刘侍刚
导　师: 吴成柯
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 三维重建自定标射影重建集束调整遮挡
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本论文研究了如何由非定标图像序列恢复三维物体,对其中的若干关键技术,特别是射影重建和自定标进行了深入研究。传统的方法都是针对已定标的图像序列进行的,因而很难推广应用,实用性较差。本文的重点是在理论和实践两方面研究了,在既不知道相机内部参数,又不知道相机外部参数的情况下,如何由图像序列进行三维欧氏重建。本文给出的方法提高了三维物体重建的精度和速度。主要成果如下: 1.提出了1维子空间射影重建方法。该方法利用第1幅图像点构成的3个行向量外加一个行向量就可以组成射影空间中一个基底的特性,将4维子空间转化为1维子空间。理论分析和实验结果表明,该方法具有重建精度高和计算量小的优点。 2.提出了一种利用重投影点代替遮挡点的基于遮挡射影重建方法。该方法首先假设遮挡点都位于图像中心,进行射影重建,然后利用重投影点代替图像中的遮挡点,经过多次迭代,最后求到遮挡点的真实图像位置并完成射影重建。由于该方法利用了所有可见点的信息求解遮挡点的位置,因此具有较高的重建精度。 3.提出了基于几何距离意义和代数距离意义下的线性迭代集束调整方法。由于调整的参数值变化非常小,可利用上一次迭代求到的值代替本次迭代过程中的值,交替地求取投影矩阵和射影空间点。理论和实验结果表明,该方法具有收敛速度快、运算量小等优点。 4.提出了一种利用绝对二次曲面约束方程的线性迭代自定标方法。该方法首先假设相机的畸变因子为0及主点坐标位于原点,利用绝对二次曲面约束方程,得到相机的初始内参数,再通过图像的坐标变换,使图像符合开始假设的相机所获取的图像,经过多次线性迭代,最终实现相机的自定标。实验结果表明,该自定标方法具有运算量小、收敛性好等优点。 5.提出了一种基于图像变换矩阵,将绝对二次曲面像的各个元素变换到同一个数量级上的自定标方法。在已往的自定标方法中,由于二次曲面像的各个元素不在一个数量级上,导致对噪声极其敏感。本文提出的方法在不增加计算复杂度的条件下,能够提高自定标的精度及鲁棒性。 6.提出了一种适用于摄像机相对景深做较小运动情况下的基于单应性矩阵的增

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-26
  1.1 引言  12-14
  1.2 三维视觉的主要研究内容  14-17
  1.3 本文的主要工作  17-18
  1.4 本文的结构安排  18
  1.5 第一章参考文献  18-26
第二章射影几何基础及多视角张量  26-43
  2.1 射影几何基本概念  26-35
    2.1.1 二维射影平面  26-32
    2.1.2 三维空间  32-35
  2.2 相机模型  35-37
  2.3 多视角张量  37-42
    2.3.1 对焦距张量  38-40
    2.3.2 三焦距张量  40-41
    2.3.3 四焦距张量  41-42
  2.4 第二章参考文献  42-43
第三章射影重建  43-69
  3.1 引言  43-44
  3.2 基于多视角几何关系的方法  44-45
  3.3 分解算法  45-47
  3.4 子空间描述  47-49
  3.5 基于子空间的线性迭代射影重建  49-53
    3.5.1 线性迭代射影重建方法  49-51
    3.5.2 算法总结  51
    3.5.3 实验  51-53
  3.6 基于1维子空间线性迭代射影重建  53-60
    3.6.1 基本原理  53-57
    3.6.2 算法总结  57
    3.6.3 实验  57-60
  3.7 基于遮挡的射影重建方法  60-64
    3.7.1 线性迭代射影重建  60-62
    3.7.2 算法总结  62
    3.7.3 实验  62-64
  3.8 本章小结  64-65
  3.9 第三章参考文献  65-69
第四章集束调整  69-81
  4.1 引言  69-71
  4.2 基于几何距离意义的线性迭代集束调整  71-75
    4.2.1 线性求解投影矩阵  71-72
    4.2.2 线性求解射影空间点  72-74
    4.2.3 算法总结  74
    4.2.4 实验  74-75
  4.3 基于代数距离意义的线性迭代集束调整  75-79
    4.3.1 线性求解射影空间点  75-76
    4.3.2 线性求解投影矩阵  76-77
    4.3.3 算法总结  77-78
    4.3.4 收敛性分析  78
    4.3.5 实验  78-79
  4.4 本章小结  79-80
  4.5 第四章参考文献  80-81
第五章相机自定标  81-102
  5.1 引言  81-82
  5.2 自定标的分层算法  82-86
  5.3 基于绝对二次曲面的自定标方法  86-88
  5.4 线性迭代自定标方法  88-93
    5.4.1 基本原理  89-90
    5.4.2 线性迭代自定标算法  90-91
    5.4.3 实验  91-93
  5.5 基于图像变换的自定标方法  93-98
    5.5.1 绝对二次曲面像变换对解的影响  94-95
    5.5.2 实验  95-98
  5.6 本章小结  98
  5.7 第五章参考文献  98-102
第六章增强虚拟现实方法  102-108
  6.1 引言  102-103
  6.2 基于单应性矩阵的增强虚拟现实  103-104
  6.3 增强虚拟现实方法的实现  104-106
  6.4 本章小结  106
  6.5 第六章参考文献  106-108
第七章结束语  108-110
  7.1 论文总结  108
  7.2 工作展望  108-110
附录  110-113
攻读博士期间发表的主要论文  113-114
攻读博士期间参加的主要科研项目和获奖情况  114-115
致谢  115

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