论文题目: 基于计算机视觉的三维测试技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 杨述平
导师: 王建中
关键词: 计算机视觉,三维测试技术,视差法,标定,校正,对应点匹配
文献来源: 中北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 计算机视觉(或机器视觉)是一门新兴的交叉科学,历经20多年的发展,已经形成了一套独自的基础理论框架和技术实现方法。这种视觉的本质就是基于一种或多种算法的实现过程,而算法的本身却无一例外地依赖计算机来实现。因而机器视觉也就同名为计算机视觉。在众多的计算机视觉理论算法与系统构成中,有几类是特别适合于三维立体测试从而获取被测物体的“几何全貌”。比如接触式的“三维数字化”探针仪、非接触式的“结构光法”三维成像仪和“视差法”三维成像仪。本研究的中心目的是获取被测物体的“几何全貌”,从而展示物体的全面几何特征(任意点的坐标)。在深入比较各类三维测试理论和技术的基础上,作者以古典的视差法成像原理为基础,利用光学、射影(仿射)几何、信号处理、运筹学、形态学、计算数学与误差理论等学科知识,对三维测试理论和技术进行了较为全面的探讨和实际验证。本文的写作是对实际研究工作的理论抽象和总结。鉴于论文篇幅,有关研究中使用到的图像采集子系统、光学成像子系统、同步控制子系统等硬件设计以及各种算法软件的设计和实现,本文未作描述。在前人研究理论和成果的基础上,可实现、可验证地建立、补充和完善了一套基于视差原理的三维立体测试系统的理论和实现框架。从相机内外参数的标定到相机系统的标定,从图形的光学扭曲校正(Undistortion)到系统极线约束校正(Rectification),从不同视角图像的相关系数获取到粗细匹配技术,从相关系数层析技术到最大流量-最短路径的信息提取,从形态学滤波到被测物体“几何全貌”的再现,作者对有关理论和方法进行了系统研究。本研究的全部工作是围绕解决视差法三维成像中的两个基础性难题(标定和对应点匹配)而展开的。尽管研究不够完善,但方法行之有效。作者在研究中所做的工作主要有以下几个方面:
论文目录:
1 绪论
1.1 研究背景、目的和意义
1.2 国内外研究动态
1.2.1 计算机视觉技术的起源与方法论
1.2.2 三维测试技术的广泛应用
1.3 本文的主要工作内容
2 三维测试技术的一般方法和技术实现
2.1 运动场分析技术
2.2 光流场分析技术
2.3 光度立体成像技术
2.4 结构光法三维成像技术
2.5 纹理成像技术
2.6 激光测距式成像技术
2.7 视差法成像技术
2.8 各种三维测试技术的特点分析
3 视差法三维测试技术的基础性问题与分析
3.1 标定类基础性问题
3.2 对应点(Correspondence)匹配类基础性问题
3.2.1 光照环境问题
3.2.2 计算的时间复杂性和有效性问题
3.2.3 阈值问题
3.2.4 匹配问题小结
3.3 立体表面重构类基础性问题
4 基于视差法的三维测试系统设计
4.1 相机标定设计
4.1.1 内外参数的完整最大似然估计
4.1.2 内参数的鲁棒性设计
4.1.3 外参数的综合估计设计
4.1.4 小结——内外参数综合估计设计
4.2 三维测试系统的立体标定设计——极线束调整
4.2.1 多相机的理论关系分析
4.2.2 具有约束收敛要求的非线性方程解
4.2.3 小结——立体标定设计
4.3 快速、高精度对应点匹配(Correspondence)技术
4.3.1 图像校正技术(Rectify)
4.3.2 快速匹配技术
4.3.3 小结——对应点匹配技术
4.4 三维立体建模
4.4.1 立体空间点恢复
4.4.2 形态学滤波技术(Mathematical Morphology)
4.4.3 曲面重构技术
5 数据处理与误差分析
6 结论及未来的进一步研究
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 进一步的研究
附录一 非线性方程解的 Levenburg-Marquardt 法
附录二 极线约束方程
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的成果
致谢
发布时间: 2006-06-27
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