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立体影像优化三维结构光点云质量的方法研究

作 者: 于泳
导 师: 朱凌; 石若明
学 校: 北京建筑工程学院
专 业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 结构光 立体像对 点云重建
分类号: TP391.41
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 50次
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内容摘要


随着各种光学发射以及传感器件的飞速发展,三维扫描测量已经正式进入了各行各业,无论模型加工,数控加工,文物保护,建筑施工与安装,到处可见三维扫描测量的身影。这种精细高效的测量出目标3D详细信息的高新技术——三维光学扫描技术,宣告测绘科学与技术终于正式跨入了三维测量的时代,继传统的大地测量学、摄影测量学、GIS之后,开创了一个地球空间信息科学(geomatics)的新领域。当前,市面上存在着各种各样的扫描仪:地面三维激光扫描仪,结构光三维扫描仪,手持式微距激光扫描仪等等,层出不穷。本文研究的正是其中一种非常优秀的扫描系统——三维结构光扫描仪。结构光三维扫描测量是一种十分有效的三维扫描方式,具有高效、灵活、精细的特点,但是却存在着一种问题:扫描时,物体在物体边缘的位置的点云会缺失。针对这个问题,本文提出一种方法,可以弱化或者弥补这个缺陷。即在结构光扫描中加入摄影测量技术,从扫描方式上看,这个方案是非常可行的,因为结构光在扫描时,仪器搭载的一对精密相机将提供良好的可供摄影测量技术处理的影像数据,且在同一框架下,便于坐标统一和整合。本研究试图结合的图像处理方法,来优化结构光扫描获得的点云:首先,用一个高精度的边缘提取算法提取出每一张影像的图像边缘;其次,按照一定的算法得出两幅图像之间的空间位置和灰度的映射关系,即在立体相对的左右两张影像中,找到相同的点,然后根据相机的空间位置参数以及控制点数据计算出边缘的三维坐标。论文主要的研究路线和意义有以下几个方面:(1)特征提取采用高斯-罗伯斯算法方法对立体影像的边缘特征进行提取,有目标的提取个别方向的边缘。(2)立体匹配方面,采用基于强度的匹配算法,利用一个5*5窗口建立目标特征域,采用沿核线的搜索策略。(3)采用前方交会的方法计算得出待定点的三维位置。经过一系列的研究与实验,经过扫描、特征提取、立体匹配、三维解算等步骤,最终计算得出了结构光扫描中缺失部分的三维点云。本文提出的这种利用数字摄影测量技术增强结构光扫描点云的三维重建方法。充分利用了两种测量方法的各自优势,完成了一系列关键技术的研究,具有一定的实用意义。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章 绪论  7-11
  1.1 研究背景  7
  1.2 国内外研究现状  7-9
    1.2.1 结构光扫描技术及其优化研究现状  7-8
    1.2.2 边缘检测研究现状  8-9
    1.2.3 三维重建现状  9
  1.3 论文研究的主要内容  9-10
  1.4 论文的组织  10-11
第2章 结构光扫描与点云质量分析  11-23
  2.1 基于光学的三维测量技术  11
  2.2 时间相位式结构光测量法  11-16
    2.2.1 结构光三维测量  11-13
    2.2.2 时间相位展开式结构光测量法  13-15
    2.2.3 本研究所使用的结构光扫描仪  15-16
  2.3 扫描结果质量评价  16-22
    2.3.1 结构光点云精度分析  16-18
    2.3.2 结构光测量系统的质量与缺陷  18-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 结构光系统立体影像特征提取与点云重建  23-37
  3.1 引言——基于影像的三维位置解算技术  23-24
  3.2 相关数据  24-25
  3.3 影像边界特征提取  25-29
    3.3.1 常见的边缘提取算法  25-26
    3.3.2 本文中采用的方法  26-29
  3.4 同名像点映射  29-35
    3.4.1 同名点查询的关键问题  30
    3.4.2 基于图像强度的匹配  30-32
    3.4.3 本文应用的匹配策略  32-35
  3.5 相机标定与前方交会  35-36
  3.6 本章小结  36-37
第4章 实验分析  37-47
  4.1 数据获取  37-39
  4.2 影像边界特征提取  39-40
  4.3 立体匹配  40
  4.4 相机标定  40-41
  4.5 三维坐标解算  41-42
  4.6 实验结果分析  42-44
  4.7 处理界面的后续开发  44-46
  4.8 本章小结  46-47
结论与展望  47-49
  1 论文完成的主要工作总结  47
  2 结论  47-48
  3 研究方向的展望  48-49
参考文献  49-52
致谢  52

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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
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