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超空泡三维重构算法研究及实现

作　者: 陈宇
导　师: 雷斌
学　校: 西安工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超空泡三维重构 SFS 灰度图像参数估计 MATLAB
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 48次
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内容摘要

近些年来三维重构技术因其广泛的应用而成为计算机视觉领域的研究热点,并且随着理论知识的研究和技术方法的改进而不断深入,有效地推动光学成像、数字图像处理、软件编程和设计等相关研究技术的发展。本文以某研究所项目为背景,针对水下超空泡的二维灰度图像,对相关三维重构算法以及算法中的关键参数的估计展开研究。论文首先介绍了有关三维重构算法研究的背景意义、基本原理以及国内外的研究现状。而后针对本课题的特殊性,选取了阴影恢复图形的方法(SFS)对超空泡图像进行三维重构。在分析和比较了常见的光照模型和常用SFS三维重构算法的优劣的基础上,确定了针对超空泡灰度图像的三维重构方案和算法流程；同时分析了光学成像中光源位置以及物体表面点的倾角和仰角的值的选取对于重构结果的影响,并且给出了这些关键参数的数学估计方法。在此基础之上,推导出了针对超空泡的SFS算法的数学求解过程,并且研究了超空泡灰度图像的图像预处理方法以及自然超空泡的模型,为后面分析重构结果的精度提供了理论上的依据支持。最后,在MATLAB环境下,完成了基于超空泡二维图像灰度梯度的SFS三维重构算法。为了验证算法的准确性,我们先选取了理想光照条件下的半球的灰度图像进行三维重构,结果比较理想。随后针对课题研究内容,在实验室条件下搭建测试环境,用人工模拟超空泡外观的模型在水下拍摄相关图像,进行三维重构以及结果分析,为后续的项目的研究工作指出了需要改进的方面。同时,在MATLAB环境下的软件系统完成了灰度图像的三维参数解算以及存储,为未来有关超空泡动态视景仿真系统研究提供了相关的数据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 论文的背景及意义  8
  1.2 应用领域  8-9
  1.3 国内外研究现状  9-11
  1.4 论文研究的主要内容  11
    1.4.1 基于SFS方法的三维重构算法关键参数估计  11
    1.4.2 基于SFS方法的三维重构算法及实现  11
  1.5 课题研究的主要内容  11-13
2 光照模型分析和SFS三维重构方法介绍  13-26
  2.1 光照模型分析  13-21
    2.1.1 Lambert漫反射模型  14-16
    2.1.2 Phong光照模型  16-17
    2.1.3 Torrance-Sparrow光照模型  17-19
    2.1.4 Cook-Torrance光照模型  19-21
  2.2 常用SFS三维重构方法的分类和比较  21-25
    2.2.1 最小化方法(Minimization Approaches)  22
    2.2.2 演化方法(Propagation Approaches)  22
    2.2.3 局部分析方法(Localization Approaches)  22-24
    2.2.4 线性化方法(Linearization Approaches)  24-25
  2.3 本章小结  25-26
3 基于SFS方法的三维重构算法关键参数估计  26-33
  3.1 高斯球与倾角和仰角  26-27
  3.2 朗伯体反射和遮挡边界  27-28
  3.3 光源方向的估计  28-29
  3.4 仰角τ的估计方法  29-30
  3.5 倾角σ的估计方法  30-32
  3.6 本章小结  32-33
4 基于SFS方法的超空泡三维重构算法设计  33-43
  4.1 超空泡灰度图像的SFS算法流程  33-34
  4.2 灰度图像预处理  34-39
    4.2.1 图像平滑  34
    4.2.2 中值滤波  34-35
    4.2.3 畸变校正  35-39
  4.3 三维重构算法求解过程  39-41
  4.4 自然超空泡的约束模型  41-42
  4.5 本章小结  42-43
5 基于SFS方法的超空泡三维重构算法的软件实现  43-55
  5.1 算法的软件编程环境  43
  5.2 算法的软件实现过程  43-47
  5.3 三维重构的图像对比  47-50
  5.4 实验结果的精度分析  50-54
  5.5 本章小结  54-55
6 结论  55-56
  6.1 本文完成的任务  55
  6.2 不足与展望  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的论文  60-61
致谢  61-63

超空泡三维重构算法研究及实现

内容摘要

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