基于图像的多视角实时重建系统

论文摘要

三维表面重建是计算机视觉领域的重要研究方向,其目的是从二维信息中恢复重建对象的三维特征,建立对象的几何模型。本文深入研究了基于目标物体的轮廓信息进行三维表面重建的算法,设计并完成了一个多视角实时三维重建系统。本文使用固定的多台摄像机,从不同视角采集自由运动目标的图像,通过自适应的可见外壳生成算法,实现运动物体的实时三维重建,目的是提高重建对象的精度和三维重建的可靠性与灵活性。研究内容在三维建模、三维展示、虚拟现实等方向有着广泛的应用前景。论文首先介绍了三维重建领域的研究背景,在此基础上,结合课题研究的实际需要,提出了论文的主要研究内容:图像预处理、摄像机标定以及基于自适应距离场的实时三维重建。图像预处理的主要目的是从图像中滤除噪声,分离出对后续处理有用的信息。我们采用背景减除和数学形态学方法实现运动目标与图像背景与的分离。在摄像机标定方法研究中,我们采用介于传统标定方法和自标定方法之间的张氏平面标定法,准确地获得了摄像机的内外参数。在重建对象三维信息的研究中,根据从轮廓恢复形状的基本原理,结合了自适应距离场,对运动目标进行实时三维重建。最后通过分析系统误差和瓶颈,提出了改进方案。总之,本文不仅从理论上阐述了基于图像的实时三维重建方法,而且也给出了具体的系统实现方案,其研究工作具有理论意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 基于图像的三维模型重建
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 图像预处理
• 2.1 图像平滑
• 2.1.1 图像平滑技术概述
• 2.1.2 多级中值滤波
• 2.2 背景减除
• 2.3 形态滤波
• 2.3.1 膨胀和腐蚀
• 2.3.2 开运算和闭运算
• 2.4 图像预处理结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 摄像机参数的标定
• 3.1 摄像机成像模型
• 3.1.1 基本坐标系
• 3.1.2 摄像机模型及内外参数
• 3.2 摄像机标定方法概述
• 3.2.1 传统标定方法
• 3.2.2 自标定方法
• 3.2.3 基于主动视觉的标定方法
• 3.3 张氏平面标定法
• 3.3.1 内外参数的标定
• 3.3.2 镜头畸变系数的标定
• 3.4 标定及校正结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于自适应距离场的可见外壳生成算法
• 4.1 可见外壳
• 4.1.1 问题描述和符号表示
• 4.1.2 可见外壳的定义
• 4.1.3 可见外壳的表示和生成
• 4.2 自适应可见外壳生成
• 4.2.1 基于八叉树的自适应采样
• 4.2.2 面片抽取
• 4.3 本章小结
• 第5章 多视角实时三维重建系统
• 5.1 系统需求分析
• 5.1.1 系统硬件需求
• 5.1.2 系统软件需求
• 5.2 系统硬件框架
• 5.3 软件系统的设计
• 5.3.1 系统开发和运行平台
• 5.3.2 软件框架和流程
• 5.4 本章小结
• 第6章 结果与改进
• 6.1 系统运行结果
• 6.2 系统误差分析
• 6.3 系统改进
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历