| 题名 | 基于多视点图像的三维建模与测量 |
| 作者 | 向长波 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-22 |
| 授予单位 | 中国科学院长春光学精密机械与物理所 |
| 授予地点 | 长春光学精密机械与物理所 |
| 导师 | 宋建中 |
| 关键词 | 三维重建 基本矩阵 姿态估计 曲线重建 曲面重建 NURBS 三维测量 |
| 其他题名 | 3D Modeling and Measuring Based on Multi-View Images |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 中文摘要 | 基于图像的三维建模与测量是一个集计算机视觉、数字摄影测量、逆向工程技术为一体的重要研究方向，在工业制造、虚拟现实、文物保护、数字城市等领域具有广泛的应用前景。目前，大多数的基于图像的三维建模技术要求被重建物体不能有复杂的自由曲线、曲面特征，而大量的人造物体无法满足这种要求。本论文的重点是研究出一套不受物体外形约束的基于图像的三维建模与测量技术。通过该技术，使用一台普通的数码相机，以任意角度在不同视点位置拍摄几幅图像，就可以获得包含物体几何和纹理信息在内的三维模型。论文的主要工作如下： 首先，论文的第一部分研究了摄像机的成像模型，总结了目前常用的摄像机标定方法，给出了平面模板标定法的基本原理和实现过程，并通过实验验证了它的有效性，为后续的三维重建操作奠定了基础。 论文第二部分分析了现有鲁棒估计算法在基本矩阵求解问题中存在的不足，提出了一种获得基本矩阵最优解的鲁棒贪心估计算法。首先利用鲁棒策略获得内点集，然后采用贪心策略在内点集中寻找最优子集，最后利用最优子集计算基本矩阵。合成数据与真实图像的实验结果表明，所提算法在基本矩阵的求解精度、抗噪声能力、对极点的稳定性等方面都要优于现有的鲁棒方法。 论文第三部分提出了一种两步法估计摄像机姿态的新算法。首先采用两幅图像重建出物体的局部模型，然后以局部模型作为世界坐标系的中心，利用模型的三维特征点与图像特征点的对应关系，求解每个视点位置上的摄像机姿态。与目前常用的序列分层合并方法相比，此方法可以避免误差的累积效应，提高姿态参数的估计精度，缩短算法的运行时间。 论文第四部分提出了一种基于NURBS的不规则物体的三维重建方法。该方法主要由三个算法构成，分别是：基于NURBS的自由曲线重建算法、基于NURBS的自由曲面重建算法和真实感曲面绘制算法。其中，自由曲线重建算法以NURBS曲线作为重建基元，通过不同视点的两对NURBS图像曲线重建物体轮廓形状，得到物体的三维线框模型。自由曲面重建算法以物体轮廓作为被重建曲面的边界曲线，根据物体表面的特征，采用不同算法拟合出一张通过这些边界曲线的三维曲面，得到物体的三维曲面模型。曲面绘制算法为三维曲面模型上的每个空间点求解纹理信息，得到具有真实感的三维纹理模型。与现有的大多数重建方法相比，该算法不受物体外形的约束，可以重建具有任意曲线、曲面特征的物体。 另外，论文还研究了捆集调整算法的基本原理，给出了算法的具体实现过程。多组数据的实验结果表明，捆集调整算法能够明显降低模型的重投影误差，提高物体的三维测量精度，是三维重建系统中不可缺少的环节。 最后，论文以面向对象的程序设计理念为指导，使用VC++6.0作为开发平台，设计并实现了一套基于多视点图像的三维重建与测量的软件系统。并以CRT显示器和建筑物这两个具有代表性的物体作为实验对象，验证了该系统在三维建模与测量方面的可行性。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-03-21 |
| 页码 | 128 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/717]  |
| 专题 | 长春光学精密机械与物理研究所_中科院长春光机所知识产出 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 向长波. 基于多视点图像的三维建模与测量[D]. 长春光学精密机械与物理所. 中国科学院长春光学精密机械与物理所. 2008. |
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