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基于图像的三维重建

作　者: 伍燕萍
导　师: 苗振江
学　校: 北京交通大学
专　业: 人机交互工程
关键词: 三维重建 相机定标 侧影轮廓线 包围盒 可见外壳 网格平滑 网格简化 纹理映射
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 577次
引　用: 7次
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内容摘要


三维重建是计算机视觉中的重要研究领域,在实际生活当中,3D模型的重建广泛应用于对象识别,工业自动设计,视频游戏,动画制作,数字文物档案建立,建筑物原貌恢复等方面,同时要求重构有较高的效率以实现实时计算。本文采用从各个视角拍摄的真实物体的多幅图像来重建模型。主要从相机定标,模型生成,模型优化以及纹理映射几个方面对物体的重建进行了研究,最终根据图像序列重建出物体的原模型。重建的结果以及可扩展性都比较好。1.相机定标采用了有定标物体的定标方法,定标参照物形状尺寸已知。利用一系列数学变换和计算方法,求取出摄像机模型的内外参数,研究中采用了KlausStrobl等人开发的定标工具进行定标。2.研究中采用了基于侧影轮廓线的重建方法。首先获取各幅图片中物体的轮廓,根据每幅图像的轮廓计算出物体的包围盒,对包围盒进行相交测试,运用Marching Cubes算法提取等值面,生成物体的可见外壳,完成了初步的建模。3.初步模型存在很多噪声,表现方式也比较粗糙,因此对模型进行了平滑和简化操作。在网格平滑部分,采用了基于拉普拉斯算子的平滑算法。网格简化则采用了基于误差最小化的边删除算法,效果较好。4.在纹理映射方面,采用了改进的模型平面参数化,得到模型与二维纹理的对应关系,从图片中获取模型对应的颜色信息,生成与模型对应的纹理图片。通过OpenGL对模型进行纹理映射,最终完成了物体的重建。本论文的研究表明,基于图像的三维实体重建技术,真实感较强,设备简单,成本较低。重建过程中降低了计算复杂度。最后介绍了重建结果在实验室相关平台中的应用,展示了基于图像的三维重建的可扩展应用性。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
序  8-9
目录  9-11
1 引言  11-19
  1.1 基于图像的三维重建简介  11-13
  1.2 基于图像的三维重建技术及研究现状  13-16
    1.2.1 国外研究现状  14-15
    1.2.2 国内研究现状  15-16
  1.3 主要研究内容  16-17
  1.4 论文结构安排  17-19
2 基于图像的三维重建  19-33
  2.1 基于图像三维重建过程简介  19
  2.2 常见的基于图像的三维重建算法  19-27
    2.2.1 基于平面的重建  20-22
    2.2.2 基于深度图像序列的重建  22
    2.2.3 基于立体视觉的重建  22-25
    2.2.4 基于侧影轮廓线的体建模  25-27
  2.3 各种基于图像建模方法的比较  27
  2.4 网格优化和纹理映射相关知识  27-30
    2.4.1 网格优化  28-29
    2.4.2 纹理映射  29-30
  2.5 本文三维重建基本流程  30-31
  2.6 本章小结  31-33
3 相机定标和轮廓获取  33-47
  3.1 摄像机定标  33-44
    3.1.1 相机定标方法  33-35
    3.1.2 图像坐标系、摄像机坐标系与世界坐标系  35-38
    3.1.3 相机模型  38-40
    3.1.4 基于定标板的标定  40-44
  3.2 提取轮廓线  44-46
    3.2.1 B样条曲线拟合理论  45-46
  3.3 本章小结  46-47
4 可见外壳的创建和模型优化  47-61
  4.1 可见外壳的构建  48-55
    4.1.1 提取包围线  49
    4.1.2 创建包围盒  49-51
    4.1.3 创建可见外壳  51-55
  4.2 模型优化  55-60
    4.2.1 网格平滑  56-57
    4.2.2 网格简化  57-60
  4.3 本章小结  60-61
5 纹理映射  61-75
  5.1 纹理展开  62-67
    5.1.1 三维模型参数化简介  62-65
    5.1.2 模型展开具体过程  65-67
  5.2 最终纹理合成  67-71
    5.2.1 面片可见性判断  68-69
    5.2.2 模型点纹理的合成  69-71
  5.3 纹理绘制结果  71-72
  5.4 本章小结  72-75
6 三维重建结果和应用  75-83
  6.1 重建结果  75-77
  6.2 三维重建在可视媒体构建平台中的应用  77-80
  6.3 三维重建在寓教于乐系统中的应用  80-82
  6.4 本章小结  82-83
7 总结与展望  83-87
  7.1 工作总结  83-84
  7.2 工作展望  84-87
参考文献  87-93
作者简历  93-97
学位论文数据集  97

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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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