基于图像绘制的虚拟环境构建及漫游技术研究

论文摘要

基于图像绘制技术是目前虚拟环境构建的一种重要手段，它简化了传统的基于几何建模的复杂建模过程，因此具有更强的真实感和更快的绘制速度。以实景图像为基础，运用图像处理技术对序列实景图像进行拼接，将看上去孤立的图像组织成一幅能够反映全部场景信息的全景图，通过重投影技术即可实现虚拟场景的漫游。由于IBR技术的广阔前景，一些研究学者已经提出了很多方法，并对算法进行了优化。本文从虚拟现实的基础-----图像绘制理论为起点，阐述了成像原理、摄像机的运动过程，对图像变换模型进行论证。重点论述了基于特征的图像拼接方法、基于相位相关的拼接方法以及基于对数极坐标的拼接方法。在基于特征的拼接方法基础之上，提出了利用KLT跟踪算法，提高了拼接的精度。同时提出把对数极坐标和抽取角点算法结合起来，克服了对数极坐标中的复杂的金字塔搜索，降低了搜索时间。文中还对图像的校正、图像的融合、图像的映射等细节给予详述。在虚拟场景的漫游中，介绍了柱面漫游方法，同时讨论了在球面漫游中涉及的一些关键问题。最后用序列图像，利用图像处理方法完成全景图的拼接，实现虚拟环境中的漫游。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概论
• 1.1 引言
• 1.2 虚拟现实技术的发展
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 国内外的研究状况
• 1.2.3 目前常用方法
• 1.3 与虚拟现实技术相关的技术
• 1.4 论文的主要工作和组织
• 第二章 基于图像绘制的理论
• 2.1 引言
• 2.2 摄像机成像原理
• 2.2.1 坐标系统
• 2.2.2 摄像机成像模型
• 2.3 摄像机运动过程
• 2.4 图像坐标变换模型
• 2.4.1 二维投影变换的可行性
• 2.4.2 二维平面变换参数模型
• 2.3.3 3D变换参数模型
• 2.3.4 8-参数投影变换模型
• 2.5 小结
• 第三章 基于角点特征的图像拼接方法
• 3.1 引言
• 3.2 图像的校正
• 3.3 图像配准介绍
• 3.4 图像的拼接
• 3.4.1 角点的检测
• 3.4.2 角点特征的匹配
• 3.4.3 图像投影变换模型
• 3.4.4 RANSAC算法筛选数据
• 3.4.5 KLT算法
• 3.4.6 图像的变换
• 3.5 图像的插值
• 3.6 图像的融合
• 3.6.1 加权平均法
• 3.6.2 基于欧氏距离的有效权重
• 3.7 小结
• 第四章 基于对数极坐标的图像拼接方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于相位相关的配准方法
• 4.3 基于对数极坐标的配准方法
• 4.3.1 对数极坐标变换原理
• 4.3.2 运动参数的计算
• 4.3.3 图像金字塔的分层
• 4.4 基于对数极坐标与角点特征相结合的配准方法
• 4.5 小结
• 第五章 全景图的合成和漫游
• 5.1 引言
• 5.2 投影模型分类
• 5.3 全景图的漫游模型
• 5.4 柱面全景图的拼接和漫游
• 5.4.1 柱面投影变换
• 5.4.2 摄像机焦距的估计
• 5.4.3 柱面全景图的漫游
• 5.5 球面全景图的拼接和漫游
• 5.5.1 拍摄方向参数模型
• 5.5.2 图像坐标变换矩阵
• 5.5.3 球面投影变换模型
• 5.6 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 今后的研究展望
• 参考文献
• 硕士在读期间发表的论文