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基于图像的建模技术研究

作　者: 李涛
导　师: 刘肖琳
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 摄像机投影矩阵直线提取特征匹配可见外壳三角剖分
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 210次
引　用: 5次
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内容摘要

基于图像的建模和绘制技术(IBMR)是当前计算机图形学界一个极其活跃的研究领域,它直接使用图像重建三维场景,克服了传统的基于图形绘制技术的不足。但是研究一种鲁棒性好、精确度高、性能稳定和适用性强的基于图像的建模方法依然面临巨大挑战,并且具有重要的理论意义和实用价值。本文对IBMR技术进行了深入的研究,主要完成的工作有:1.直线提取和匹配技术:直线是图像分析中一个非常重要的中层描述符号,在计算机视觉领域有着广泛的应用。现有的直线提取和匹配算法虽然已经有很多,但是大部分都比较耗时,不能满足实时性的要求。本文针对机器人遥操作等实时性较强的应用,提出了一种基于直线支持区域的稳健、快速的直线提取和匹配算法。实验结果表明了该算法的有效性。2.规则物体建模技术:本文通过两幅图像中的匹配直线和基于物方的几何约束条件,实现了规则物体的快速建模算法,提高了建模精度,减少了人工交互,一定程度上实现了规则物体的自动建模。3.求解可见外壳技术:本文深入研究了Visual Hull算法的基本原理,用轮廓跟踪算法代替八叉树算法,改进并实现了一种用多幅图像构造可见外壳的方法,该方法可以非常灵活地获取场景中三维物体的几何模型;对于背景比较单一的图像建模,本算法与其他建模算法相比具有较大优势。本文针对不同复杂度物体的图像进行了测试,实验结果表明,利用该方法生成的模型准确、真实,能够满足虚拟现实的应用的要求。4.基于三维点云的三角剖分技术:本文针对可见外壳算法得到的三维物体的点云模型,改进并实现了一种直接对三维点云进行三角剖分的算法,本文用立方栅格对三维点云进行划分,有效降低了搜索区域,提高了搜索效率,并能得到空洞较少的高质量三角网格。实验证明该算法适应性广,具有准确、高效的特点。基于以上的研究成果,本文实现了一个简单的基于匹配直线的建模系统(StereoVision)和一个完整的可见外壳建模系统(VH),为进一步的课题研究提供了可靠的实验平台。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-20
  §1.1 课题背景及意义  9-10
  §1.2 IBMR的技术难点  10
  §1.3 IBMR的国内外研究现状  10-18
    1.3.1 主动线索建模方法  11-12
    1.3.2 被动线索建模方法  12-17
    1.3.3 IBMR方法比较  17-18
  §1.4 论文概述  18-20
    1.4.1 主要工作和成果  18-19
    1.4.2 各章简介  19-20
第二章 IBMR的基本原理  20-34
  §2.1 摄像机成像几何模型  20-23
  §2.2 基础矩阵的估计问题  23-27
    2.2.1 归一化8点算法  24-25
    2.2.2 最小化几何距离的非线性方法  25-26
    2.2.3 最小中值算法  26
    2.2.4 RANSAC算法  26-27
  §2.3 摄像机标定问题  27-34
    2.3.1 传统的摄像机标定  27-28
    2.3.2 摄像机自标定技术  28-29
    2.3.3 多摄像机矩阵的恢复  29-34
第三章基于匹配直线的规则物体建模技术研究  34-46
  §3.1 引言  34
  §3.2 直线段边缘提取技术  34-37
    3.2.1 常用的边缘提取算子比较  35-37
    3.2.2 直线提取算法原理  37
  §3.3 基于支持区域的直线匹配技术  37-42
    3.3.1 相似性度量  38-40
    3.3.2 确定匹配直线的算法流程  40-41
    3.3.3 匹配结果及讨论  41-42
  §3.4 三维模型的建立  42-45
    3.4.1 三维重建的数学模型  42-43
    3.4.2 基于物方的几何约束条件  43-44
    3.4.3 三维模型的恢复  44-45
  §3.5 本章小结  45-46
第四章基于物体轮廓的可见外壳建模技术研究  46-57
  §4.1 引言  46
  §4.2 Visual Hull算法的基本原理  46-49
    4.2.1 基于体裁剪生成Visual Hull的算法  47-48
    4.2.2 基于体求交生成Visual Hull的算法  48
    4.2.3 生成Visual Hull的算法的基本流程  48-49
  §4.3 Visual Hull算法的实现及改进  49-53
    4.3.1 图像的预处理与背景减除  49-50
    4.3.2 判断空间点是否在可见锥内部  50-51
    4.3.3 使用轮廓跟踪算法生成表面外壳  51-53
    4.3.4 重采样  53
  §4.4 实验结果及分析  53-55
  §4.5 本章小结  55-57
第五章三维散乱点云的三角剖分技术研究  57-65
  §5.1 引言  57
  §5.2 三角剖分研究现状  57-59
  §5.3 空间散乱点云的直接三角剖分算法  59-64
    5.3.1 文[82]提出的算法描述  59-60
    5.3.2 本文对算法的改进  60-62
    5.3.3 实验结果及分析  62-64
  §5.4 本章小结  64-65
第六章总结与展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-75
在读期间完成的论文  75

基于图像的建模技术研究

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