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近景树木的三维可视化重建

作　者: 王志和
导　师: 张剑清；江万寿
学　校: 武汉大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: 特征提取近景树木影像匹配 Delaunay三角网大角度模型连接三维重建
分类号: P234.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 316次
引　用: 7次
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内容摘要

树木等植物的真实模型表达技术,一直是计算机图形学,计算机视觉等领域具有挑战性的研究方向之一。目前国内外的研究主要以基于数学模型的树木模型表达为主,而随着VR(Virtual Reality,虚拟现实)和GIS(Geographic information systems,地理信息系统)快速发展,以后总的发展趋势是快速而又真实的树木三维模型重建。由此,本文力图利用摄影测量和计算机视觉界的研究成果,摸索出一条利用非量测数码相机快速简便完成近景树木的三维可视化重建的方法,并加以实现。其主要内容如下: (1) 树木影像特征点提取详细介绍Moravec特征点提取算子,结合本研究实际情况,对现有的Moravec算子加以改进,提出Moravec分区自适应算子,实验证明能够灵活有效的提取目标树木的特征点。 (2) 近景树木影像的特征点匹配介绍并实现带视差控制的双向金字塔二维匹配以及实时生成核线影像的核线匹配,有效解决了树木边缘影像变形较大的匹配难点。采用基于多基线的立体匹配技术,解决树木影像中近景区域和远景区域影像变形不一致的匹配矛盾。 (3) Delaunay三角网以及应用阐述了Delaunay三角网原理及算法,并根据研究的需要,对Delaunay三角网进行了属性扩展,实现了一种基于面积的Delaunay三角网加密算法,该算法可以灵活控制三角网疏密程度,弥补影像暗淡区域匹配点稀少的缺陷;实现Delaunay三角网平滑算法,实验结果说明该方法可以快速有效剔除误匹配点。 (4) 树木表面模型构建与连接采用特征点传递匹配方法获取模型连接点,求解模型相似变换参数。详细推导了基于共线方程的模型比例尺求解公式,解决了基于近景影像的大角度模型连接问题。综上所述,本文从摄影测量和计算机视觉角度出发,解决树木影像匹配难点实现了树木三维可视化重建。总结了现有研究中富有启发性的思想和算法,并结合具体问题提出了一些新的思路和方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-15
  1.1 选题的意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 研究内容及结构安排  11-15
第二章树木特征点提取  15-20
  2.1 Moravec算子  15-16
  2.2 Moravec分区自适应阈值算法  16-20
第三章近景树木影像的特征点匹配  20-34
  3.1 引言  20-22
  3.2 金字塔影像的二维匹配  22-26
    3.2.1 金字塔影像二维匹配原理  22
    3.2.2 基于金字塔影像的视差控制双向二维匹配  22-26
  3.3 核线匹配  26-30
    3.3.1 核线原理  26
    3.3.2 带视差控制的核线匹配  26-29
    3.2.3 带三角网约束条件的核线匹配  29-30
  3.4 基于多基线的立体匹配  30-34
第四章 Delaunay三角网与应用  34-44
  4.1 Delaunay三角网  34-37
    4.1.1 Delaunay三角网的定义，特性及构建原理  34-35
    4.1.2 D-TIN基本数据结构  35-36
    4.1.3 D-TIN属性扩展  36-37
  4.2 D-TIN应用  37-44
    4.2.1 基于面积的平面D-TIN加密  37-39
    4.2.2 空间D-TIN平滑  39-42
    4.2.3 空间D-TIN内插  42-44
第五章树木表面模型构建  44-54
  5.1 相机标定  44-47
    5.1.1 二维DLT及内外方位元素初值解求  44-45
    5.1.2 利用光束法平差进行摄像机标定  45-46
    5.1.3 相机标定实验结果  46-47
  5.2 树木表面单模型构建  47-49
    5.2.1 相对定向  47-48
    5.2.2 单模型的前方交会  48-49
  5.3 大角度的多模型连接  49-53
    5.3.1 独立模型的概略空间相似变换  50-51
    5.3.2 大角度的模型连接  51-53
  5.4 树木表面模型的纹理映射  53-54
第六章实验与分析  54-65
  6.1 实验资料与实验平台  54-55
  6.2 特征点匹配  55-59
  6.3 构建D-TIN  59-62
  6.4 大角度模型拼接与模型表达  62-65
第七章结论与展望  65-67
  7.1 结论  65-66
  7.2 进一步工作与展望  66-67
参考文献  67-71
致谢  71

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