牙结构模型三维成像

论文题目: 牙结构模型三维成像

论文类型: 硕士论文

论文专业: 生物医学工程

作者: 吴昊

导师: 鲍旭东

关键词: 牙齿模型,摄像机标定,体素法三维重建,双目立体视觉

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 三维重建是计算机图形学中具有广泛应用背景的重要课题之一。目前三维重建的处理方法大致可分为两大类:一类是动态重建,利用三维激光扫描仪等仪器得到的物体表面的三维点坐标。另一类是静态重建,利用实体的二维几何与拓扑信息,重构其三维信息。例如由三视图重建的方法及由透视图重构对称形体的算法等。与动态方法相比,静态重建对设备要求不高,且从原理上讲,不受空间尺寸的限制,但算法相对复杂一些。基于照片重建三维自然实体是静态重建的重要一种。本文介绍了从二维照片重建三维牙齿模型的方法。详细描述了牙齿模型的图像获取、摄像机标定、以及三维重建。本文采用了张正友方法标定摄像机。这是一种适合应用的新的、灵活的方法,介于自标定与传统标定之间。该方法假设标定用平面图板在世界坐标系中Z=0 ,通过线性模型分析计算得出摄像机参数的优化解,然后用基于最大似然法进行非线性求精。在这个过程中标定出考虑镜头畸变的目标函数,最后求出所需的摄像机内、外部参数。这种标定方法既具有较好的鲁棒性,又不需昂贵的精制标定块,推动了计算机视觉从实验室向实际应用的迈进。而二维图像的获取是通过将物体置于可旋转水平桌面上,桌面外某合适位置固定一照相机,当桌面相对其中轴水平旋转360°时,每相隔一定角度间隔就对物体拍照,得到一组照片。这个过程也可以看成是物体固定在桌面上,而照相机绕着物体旋转一周进行拍照。得到二维系列图像后,分别用体素法和双目立体视觉方法重建三维牙齿模型。体素法建立一个包含牙齿模型的体空间,把它分割成许多的小长方体,每个小长方体可以看成一个体素。把体素投影到二维照片上,投影在背景区域的体素标记为白色,投影在牙齿模型区域的体素标记为黑色。在所有不同角度获得的照片上都进行了这样的投影和标记,就得到黑色体素构成的三维实体即牙齿模型的体数据。最后,用Marching Cubes算法进行表面绘制。双目立体视觉方法是把相邻的两个角度拍得的照片组成双目视觉中的左右图。用Canny算子来检测出图片中牙齿模型的边缘后,在外极线约束等约束条件下,找出牙齿模型边缘线上各点在左右图中的对应点。然后,利用内外标定参数计算出各点的空间位置,得到牙齿模型边缘线的三维重建。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 三维重建简介和分类

1.2 基于照片的三维重建

1.2.1 图像获取

1.2.2 摄相机标定

1.2.3 三维重建方法

1.3 论文内容及章节安排

参考文献

第二章摄像机标定

2.1 参考坐标系

2.2 线性摄像机模型

2.2.1 针孔模型

2.2.2 线性模型摄像机标定

2.3 非线性摄像机模型

2.3.1 非线性摄像机模型

2.3.2 非线性摄像机标定

2.4 我们的CCD 摄像机标定算法

2.4.1 获取标定数据

2.4.2 标定内外参数

2.4.3 真实数据结果

2.5 本章小结

参考文献

第三章 体素法三维重建

3.1 引言

3.2 二维系列图像的获得

3.3 体素重建

3.3.1 体素的定义

3.3.2 体素重建

3.4 表面绘制

3.4.1 面绘制技术及特点

3.4.2 Marching Cubes 算法

3.4.3 实验结果

3.5 本章小结

参考文献

第四章 双目视觉法三维重建

4.1 引言

4.2 双目立体视觉原理

4.3 立体匹配

4.3.1 基本约束

4.3.2 外极线方程和基本矩阵

4.3.3 Canny 边缘检测算法

4.4 双目立体视觉方法三维重建牙齿模型

4.4.1 二维系列图像的获得

4.4.2 用Canny 算子检测边缘

4.4.3 利用外极线约束匹配对应点

4.4.4 空间点重建

4.5 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

致谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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