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基于计算机视觉的三维重建技术研究

作　者: 林育斌
导　师: 褚晶辉
学　校: 天津大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 摄像机标定特征提取与匹配基础矩阵多视点结构与运动恢复
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,计算机视觉的应用受到人们的广泛重视,得到了迅速的发展。其中,三维重建技术一直是计算机视觉研究的热点和重点之一,它的目标是利用多幅图像重建三维场景。高仿真的三维重建技术正逐渐使用于各种模拟场景和智能系统中,例如机器人导航,虚拟现实,计算机图形学,视觉检测,通讯交流等领域。对于重建过程的灵活和简单性的要求也越来越高。本文对三维重建的若干关键技术进行了深入的研究,构建了完整的多视点重建系统,主要研究工作有:1、摄像机标定。详细介绍了摄像机几何和成像的原理,在此基础上给出了本文采用的标定方法,对图像进行了畸变矫正,取到了令人满意的摄像机标定结果,在一定程度上优化了张氏标定法。2、特征提取与匹配。简述了特征和尺度的概念,介绍了经典的特征提取方法和特征描述符,并采用了一种基于SIFT描述符的优化算法,成功的降低了SIFT的维度,实时性得到显著改善。3、基于多幅图像的三维重建。首先简述了双视点几何的基础理论,包括基础矩阵和本质矩阵的概念,然后详细介绍了利用RANSAC鲁棒方法计算双视点几何结构。最后给出了基于多幅图像的三维重建算法,包括选择两幅图像进行原始重建,增加多视点,利用集束调整技术优化重建结构等步骤。本文采用结构与运动恢复的方法,利用普通摄像机拍摄的图片,取得了令人满意的重建模型,在实时性和灵活性上有了显著的提高。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题的研究背景和意义  7-10
    1.1.1 计算机视觉  7-8
    1.1.2 三维重建技术及其应用  8-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 系统的组成和工作原理  12-13
  1.4 本文的章节安排  13-14
第二章多视图几何理论知识及摄像机标定  14-35
  2.1 射影几何基础理论  14-22
    2.1.1 射影平面  14-15
    2.1.2 射影变换  15-16
    2.1.3 变换以及相应的不变量  16-19
    2.1.4 三维射影几何  19-22
  2.2 摄像机几何和成像原理  22-25
  2.3 摄像机标定  25-34
    2.3.1 引入  25
    2.3.2 摄像机标定方法  25-28
    2.3.3 基于二维平面模板的摄像机标定与优化  28-32
    2.3.4 实验结果  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章特征提取与匹配  35-46
  3.1 引入  35
  3.2 角点和尺度的概念  35-38
    3.2.1 角点  35-36
    3.2.2 尺度空间理论  36-37
    3.2.3 尺度空间的偏微分  37-38
  3.3 特征点提取  38-41
    3.3.1 特征点提取标准  38-39
    3.3.2 已有的特征点提取方法  39-40
    3.3.3 Harris特征点提取  40
    3.3.4 基于SIFT提取方法  40-41
  3.4 特征点匹配  41-44
    3.4.1 已有的特征描述符  41-42
    3.4.2 SIFT描述符  42-43
    3.4.3 基于主成分分析的SIFT描述符  43-44
  3.5 实验结果  44-45
  3.6 本章小节  45-46
第四章基于多幅图像的三维重建  46-62
  4.1 双视点几何  46-51
    4.1.1 基础矩阵  46-48
    4.1.2 本质矩阵  48
    4.1.3 双视点几何计算  48-51
  4.2 多幅图像的三维重建  51-56
    4.2.1 初始化结构和运动  51-53
    4.2.2 多视点的三维重建  53-56
  4.3 实验结果  56-61
  4.4 本章小节  61-62
第五章总结与展望  62-64
参考文献  64-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

基于计算机视觉的三维重建技术研究

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