单幅折反射全景图像空间布局理解技术研究

论文摘要

基于图像的空间布局理解是随计算机视觉发展而产生的一个热点分支,其目的在于通过图像把握场景空间中各个物体的位置和尺寸。采用计算机代替人脑理解环境是对人类劳动的解放,该项技术的深入正为工业设计、机器导航、医学测量和生活娱乐等等领域灌输着蓬勃活力。折反射全景图像具有“一次成像,全向获取”的优点。本研究针对折反射全景图像的独有特点设计了一种以室外建筑为主题的空间布局理解方法。通过实验,证明该单幅折反射全景图像空间布局理解方法有效可行。本文主要提出并解决了如下关键技术:(1)利用机器学习方法,通过将折反射全景图像分块划分为天空、地面、垂直建筑和树状植物4类,将空间理解问题转化为垂直物体理解问题。(2)主要解决垂直建筑的理解问题——在图像中采用建筑特征线段累积函数动态规划划分建筑面左右界线,通过最小二乘直线拟合法、灭点投影汇集延长法或者近圆估计法确定建筑面顶端底端棱线,从而得到近似于矩形状建筑面的轮廓。(3)采用Hough变换检测线段,并采用分窗口提取图像线段的策略保证建筑特征线段的均匀程度。(4)通过公式推导证明折反射全景图像地平线只与折反射设备参数相关,从而确保整套垂直建筑提取方法有效可行。(5)根据折反射成像原理推导全向图像地面点与真实地面点的对应关系,以及相应地面点上垂直物体的高度关系,从而解决根据垂直物体轮廓计算相应位置和高度的问题。(6)根据上述方法得到的图像空间布局,构建场景的多视角三维漫游系统,通过三维漫游这一可视化方法证明本文提出的图像空间布局理解结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 单幅透视图像空间布局理解技术研究现状
• 1.2.2 全景图像空间布局理解的研究现状
• 1.2.3 单幅折反射全景图像空间布局理解的研究现状
• 1.3 本文工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 折反射全景图像获取方法
• 2.1 折反射全景成像简介
• 2.1.1 折反射全向成像设备
• 2.1.2 全景图像变换原理
• 2.2 拍摄、实验效果展示
• 第三章 折反射全景图像空间对象分类
• 3.1 引言
• 3.2 图像分割与支持向量机基础
• 3.2.1 图像分割技术简介
• 3.2.2 支持向量机简介
• 3.3 特征选取
• 3.3.1 普通透视图像特征选取
• 3.3.2 全向图像特征选取
• 3.4 折反射全景图像对象分类实验
• 第四章 折反射全景图像垂直建筑面的提取
• 4.1 引言
• 4.2 建筑特征线段提取
• 4.2.1 线段提取方法简介
• 4.2.2 基于改进Hough 变换的建筑特征线段提取
• 4.2.3 实验结果与比较
• 4.3 折反射全景图像地平线位置计算
• 4.4 建筑面垂直分界
• 4.4.1 建筑面垂直分界的动态规划模型
• 4.4.2 特征累积函数C （ k, x ） 的进一步讨论
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 建筑面顶端底端棱线提取
• 4.5.1 最小二乘直线拟合法
• 4.5.2 灭点投影汇集延长法
• 4.5.3 近圆估计法
• 4.5.4 实验结果
• 4.5.5 方法小结
• 第五章 折反射全景图像垂直物体空间布局信息计算
• 5.1 基于折反射全景图像的空间布局信息计算原理
• 5.1.1 折反射全景图像地面位置的估算
• 5.1.2 折反射全景图像垂直物体顶端高度的计算
• 5.1.3 真实空间位置到全向图像坐标的查表计算法
• 5.2 实验结果
• 第六章 折反射全景图像空间布局理解应用实例
• 6.1 全景图像场景漫游
• 6.2 实验展示
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果