基于立体视觉的三维重建方法研究

论文摘要

由图像获取恢复物体的三维结构一直是计算机视觉研究的一个重要课题。对于旋转立体视觉重建，首先要进行旋转轴的确定,目前较为常用的旋转轴确定方法是将一个标定物固定在旋转台上，然后测量其在不同旋转位置时的空间坐标，再经过拟合空间圆等计算得到旋转轴的位置，这些方法多是通过在三维空间中的计算完成的。对于未标定的图像序列的三维重构目前常用且有效的方法是分解方法，但分解测量矩阵之前必须得到点跟踪,然而目前点跟踪问题仍未得到完美的解决。针对旋转立体视觉中旋转轴的确定和未标定的图像序列的三维重构中的一些问题，本文的主要工作和成果如下：（1）基于旋转立体视觉的旋转轴的确定的研究。不同于传统的通过在空间拟合空间圆等方法计算旋转轴，本文研究先从二维图像上确定旋转轴的图像一些离散点，然后通过重建得到旋转轴。在摄像机内参数不变的情况下，研究了通过二次曲线拟合的旋转轴确定方法并对各等级噪音影响的误差进行测定。在只要求摄像机两个位置的内参数不变情况下，提出了基于诱导单应的旋转轴确定的方法，实验验证此法方法在一定的情况下对图像噪音有很好的鲁棒性。（2）基于未标定图像序列的三维重构方法研究。本文系统的讨论了三维重构整个系统的相关内容。首先研究了SIFT匹配及其匹配误差的去除方法，其次研究了基于基本矩阵和极点计算射影深度的分解重构方法并给出相应的实验，且通过重构物体中平行度和垂直度的保持情况对重构结果进行测定。接着提出了基于初始重构的一种射影重构方法和给出了相应的优化目标函数并针对提出的重构方法中遇到的误差累积问题给出了三个方法和策略，同样通过重构物体中平行度和垂直度的保持情况对重构结果进行测定。为了自动的得到欧式重构，最后研究了基于绝对对偶二次曲面的自标定相关内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 三维重建简述
• 1.2.1 传统三维重建技术
• 1.2.2 未标定图像三维重建相关技术
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构
• 第2章 相机模型和分层重构
• 2.1 相机模型
• 2.1.1 几个相关的坐标系
• 2.1.2 线性摄像机模型
• 2.2 射影几何和两视图几何
• 2.2.1 射影几何和变换
• 2.2.2 两视图几何
• 2.3 重构
• 2.3.1 分层重构
• 2.3.2 重构多义性
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于旋转的三维重建
• 3.1 引言
• 3.2 旋转几何
• 3.3 摄像机标定
• 3.3.1 传统摄像机标定
• 3.3.2 平面标定
• 3.4 旋转轴确定
• 3.4.1 基于二次曲线拟合的旋转轴确定方法
• 3.4.2 基于诱导单应的旋转轴确定方法
• 3.5 旋转轴确定实验
• 3.5.1 基于二次曲线拟合的旋转轴确定方法实验
• 3.5.2 基于诱导单应的旋转轴确定方法实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 未标定图像序列的三维重构
• 4.1 引言
• 4.2 匹配及其误匹配的排除
• 4.2.1 SIFT算法
• 4.2.2 SIFT匹配及误匹配排除
• 4.3 基于分解的重构
• 4.3.1 计算射影深度
• 4.3.2 分解测量矩阵
• 4.3.3 实验
• 4.4 基于初始重构的重构方法
• 4.4.1 算法过程
• 4.4.2 目标函数
• 4.4.3 实验
• 4.5 自标定
• 4.6 综合实验
• 4.7 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间录用和发表的论文