基于多幅标定图像的管件三维重建

论文摘要

本文将摄影测量理论应用于管件产品,探索通过多幅标定图像进行管件三维参数测量和模型重建的方法。进行管路三维重建的根本是得到管路的轴线与半径。为此,研究了两种管件三维重建方法,一种为基于对截面进行标记的管件重建方法,主要适用于管件半径较大的情况;另一种方法在不对管件进行标记的情况下从多幅图像中重建管件的三维轴线,主要适用于管路半径较小且半径已知的情况。对基于截面辅助标记条的管件三维重建,本文应用主动轮廓模型提取标记条的轮廓边缘,通过最小二乘法对提取的边缘进行椭圆拟合,并实现了以平面二次曲线(椭圆)为基元的匹配及重建,由此得到管件截面的空间圆数据。将得到的各个截面圆心做曲线拟合,从而得到管件的空间中心轴线。对于半径不变的管件,采用对求得的所有空间圆半径取平均的方法来得到管件的半径。实验证明,以主动轮廓方法提取边缘,有效地利用了标记条与管件的灰度差异,提取的边缘比较可靠;以二次曲线为基元的匹配方法不需要点与点之间的对应,二次曲线可以从两幅图像中得到完全匹配,实验结果表明了方法的可行性。在不对管件截面进行辅助标记的情况下,根据多幅标定过的管件图像实现了管件中心线的三维重建,并通过重建出的管件中心线,结合截面扫掠方法,生成管件的三维几何模型。首先在图像中由管件投影轮廓边缘得到管件中心线上的点,然后以中心线上的点为基元,利用极线约束和动态规划的方法进行匹配点对的查找,最后将找到的匹配点对用三角形法完成管件中心线的重建。对所提出的方法进行了实验验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 近景摄影测量概述
• 1.2 管路三维测量建模的研究现状
• 1.2.1 三维测量技术
• 1.2.2 管路三维测量研究
• 1.3 本文选题依据
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 近景摄影测量与三维重建原理概述
• 2.1 坐标系与摄像机模型
• 2.1.1 常用坐标系
• 2.1.2 摄像机模型
• 2.2 极线约束
• 2.2.1 极线几何
• 2.2.2 极线约束条件
• 2.3 三维重建
• 2.3.1 图像匹配的常用方法
• 2.3.2 三角形法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于辅助标记条的管件三维重建
• 3.1 方法概述
• 3.1.1 测量准备与图像摄取
• 3.1.2 基本步骤
• 3.2 标定图像的获得
• 3.3 图像边缘特征的提取
• 3.3.1 传统的Snake 模型
• 3.3.2 改进的Snake 模型
• 3.3.3 Snake 模型的能量表达式
• 3.3.4 Snake 点的椭圆拟合
• 3.4 图像匹配及重建
• 3.4.1 图像匹配过程
• 3.4.2 图像重建过程
• 3.5 验证实例
• 3.6 本章小结
• 第四章 不贴标记条的管件重建
• 4.1 引言
• 4.2 工作流程
• 4.3 管件区域的选择
• 4.4 边缘提取与跟踪
• 4.4.1 模糊边缘检测
• 4.4.2 边缘跟踪
• 4.5 中心线的确定
• 4.5.1 三次均匀B 样条拟合
• 4.5.2 中心线的确定方法
• 4.6 中心线匹配与三维重建
• 4.6.1 动态规划
• 4.6.2 中心线匹配
• 4.6.3 中心线重建
• 4.7 验证实例
• 4.8 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文