虚拟现实系统关键技术和算法的研究及应用

论文摘要

作为虚拟现实系统关键技术之一的虚拟环境生成技术的实现方法主要有两种:基于建模的方法和基于图像的方法。基于图像的虚拟环境生成方法是把直接利用相机或摄像机拍摄得到的同一场景的序列图像合成全景图,从而构造成虚拟场景。基于图像的方法避开了复杂的建模和绘制,克服了三维图形方法的缺点,为实现虚拟环境提供了一个有效的手段。本文主要研究基于矩形定位块的柱面全景图像拼接算法及应用,以便实现柱面全景图像的生成。首先,对虚拟环境的两种生成技术及柱面全景图像的生成基本理论进行了研究与分析。主要包括对基于建模和图像两种虚拟场景生成技术的研究,对图像预处理的讨论、对传统柱面投影和反投影算法的分析等。在传统投影算法公式繁杂,计算量大的基础上,提出了改进的基于平面图的柱面投影和反投影算法,公式简单易于理解,且取得了良好的投影效果。其次,对柱面全景图像的配准算法进行了着重讨论,重点分析了基于灰度图像和基于特征匹配的图像配准算法的优缺点以及图像融合算法。在图像特征不明显的应用中,针对传统图像配准算法无法获得良好效果的情况下,提出了一种基于矩形定位块的柱面全景图像拼接算法,使用基于Hough变换的矩形特征检测算法定位特征矩形,进行图像配准,进而实现柱面全景图像拼接,弥补了图像特征不明显而无法准确配准应用中的不足。本文实现了基于平面图的柱面投影和反投影算法,并通过柱面全景图像拼接论证了基于Hough变换的矩形特征检测定位矩形特征算法的快速性和准确性。实验证明,该算法能快速准确的提取特征矩形,实现柱面全景图像拼接。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.3 本文研究的主要内容和章节安排
• 1.3.1 本文研究的主要内容和创新点
• 1.3.2 本文的章节安排
• 第二章 虚拟现实技术研究
• 2.1 虚拟现实的基本概念及特征
• 2.2 虚拟现实系统的体系结构
• 2.3 基于软件的虚拟场景生成
• 2.3.1 基于几何建模的方法
• 2.3.2 基于图像建模的方法
• 2.4 基于柱面全景图像的虚拟现实
• 2.5 本章小结
• 第三章 柱面全景图生成理论基础
• 3.1 全景图生成的一般流程
• 3.2 图像的获取方式
• 3.3 图像预处理
• 3.3.1 图像去噪与增强
• 3.3.2 图像几何畸变的矫正
• 3.3.3 图像分割
• 3.4 柱面投影算法
• 3.4.1 传统柱面正投影算法
• 3.4.2 柱面反投影算法
• 3.4.3 改进的柱面正投影和反投影算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 柱面全景图像配准及融合
• 4.1 图像配准的基本原理
• 4.1.1 基于图像灰度信息的方法
• 4.1.2 基于变换域的方法
• 4.1.3 基于特征的方法
• 4.2 图像的融合算法
• 4.2.1 平均值法
• 4.2.2 加权平均法
• 4.2.3 多分辨率样条法
• 4.2.4 基于最佳缝合线的多分辨率图像融合
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于矩形定位块的柱面全景图像拼接算法研究与实现
• 5.1 矩形定位块图像配准方法的原理
• 5.2 图像的灰度化预处理
• 5.3 图像柱面投影及坐标变换的实现
• 5.4 灰度图像阈值分割
• 5.4.1 灰度直方图
• 5.4.2 阈值分割算法选择
• 5.4.3 实验结果与分析
• 5.5 矩形特征的检测提取及图像拼接的形成
• 5.5.1 Hough 直线检测
• 5.5.2 一种基于Hough 变换的矩形特征定位块检测算法
• 5.6 图像融合效果
• 5.6.1 图像融合效果的评价
• 5.6.2 实验结果与分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 在读期间发表论著及科研成果