本文關(guān)鍵詞：基于光流—場(chǎng)景流的單目視覺三維重建研究

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【摘要】：在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域,從二維圖像中重建出物體的三維模型一直是學(xué)者們研究的熱點(diǎn),它綜合了眾多的學(xué)科知識(shí),且在航空測(cè)繪、視覺導(dǎo)航、醫(yī)學(xué)診斷、電子商務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域都有著非常廣闊的應(yīng)用前景。本文對(duì)基于多幅圖像的三維重建的相關(guān)理論和算法進(jìn)行了較深入全面地研究,并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于光流-場(chǎng)景流的單目視覺三維重建算法。針對(duì)場(chǎng)景配準(zhǔn)問題,本文提出了改進(jìn)的基于單位四元數(shù)的絕對(duì)定向算法實(shí)現(xiàn)粗配準(zhǔn),同時(shí)利用稀疏ICP算法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的精確配準(zhǔn)。針對(duì)重建結(jié)果與真實(shí)場(chǎng)景相差一個(gè)尺度因子問題,本文提出了基于點(diǎn)結(jié)構(gòu)光的方法實(shí)現(xiàn)重建中尺度因子的求解,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的歐氏重建。最后手持單目相機(jī)對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行圖像采集和實(shí)驗(yàn)。主要貢獻(xiàn)有:(1)基于光流-場(chǎng)景流的單目視覺三維重建算法。相機(jī)位姿及空間三維點(diǎn)的精度會(huì)對(duì)后續(xù)重建結(jié)果有重要影響。針對(duì)相機(jī)位姿和空間三維點(diǎn)坐標(biāo)存在較大誤差問題,本文運(yùn)用了基于視差角特征參數(shù)化的改進(jìn)光束法平差算法,建立視差角特征參數(shù)化模型,通過引入無深度特征類型點(diǎn)來避免由于近零視差導(dǎo)致的誤差增大,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)相機(jī)位姿和空間三維點(diǎn)的優(yōu)化。針對(duì)傳統(tǒng)的三維重建方法,本研究另辟蹊徑,從運(yùn)動(dòng)視覺分析的角度出發(fā),對(duì)傳統(tǒng)三維重建方法進(jìn)行改進(jìn)。在立體視覺與光流場(chǎng)之間建立一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合點(diǎn),對(duì)原始重構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整,將粗略、不準(zhǔn)確的原始網(wǎng)格曲面經(jīng)過非剛性變形,調(diào)整至精確曲面,實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境準(zhǔn)確地三維立體化建模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本算法具有較高的重建精度。(2)改進(jìn)的由粗到精的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法。為了將不同坐標(biāo)系下的場(chǎng)景轉(zhuǎn)換到同一個(gè)坐標(biāo)系下,本文采用改進(jìn)的由粗到精的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法。首先,采用改進(jìn)的基于單位四元數(shù)的絕對(duì)定向方法實(shí)現(xiàn)粗配準(zhǔn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了算法的有效性;然而粗配準(zhǔn)只是提供了粗略的旋轉(zhuǎn)平移關(guān)系,為了得到更加精確的配準(zhǔn)結(jié)果,需要對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行精確配準(zhǔn)。因此,本文采用了稀疏ICP算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的精確配準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能有效提高配準(zhǔn)的精度。(3)基于點(diǎn)結(jié)構(gòu)光的單目視覺重建中尺度因子確定方法。運(yùn)用基于光流-場(chǎng)景流的單目視覺三維重建算法實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的立體化建模。然而,在場(chǎng)景中未放置靶標(biāo)的情況下,圖像序列重建后的三維場(chǎng)景與真實(shí)的三維場(chǎng)景之間缺少一個(gè)真實(shí)尺度因子,沒有達(dá)到歐氏三維重建的效果。針對(duì)于此,本文提出了基于點(diǎn)結(jié)構(gòu)光的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)尺度因子的確定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了該方法的可行性與有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過采用基于視差角特征參數(shù)化的改進(jìn)光束法平差算法,能有效提高相機(jī)位姿估計(jì)和三維空間點(diǎn)精度。采用基于光流-場(chǎng)景流的調(diào)整策略,能夠有效地將粗略的原始網(wǎng)格調(diào)整至精確的曲面,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的三維重建。利用改進(jìn)的由粗到精的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法可以有效提高點(diǎn)云配準(zhǔn)精度,實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的拼接。提出的基于點(diǎn)結(jié)構(gòu)光標(biāo)定方法,可以確定重建場(chǎng)景與真實(shí)場(chǎng)景相差的尺度因子,實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)場(chǎng)景的歐氏重建。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

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本文編號(hào)：1239419