汽车类外观专利图像的三维重建技术研究

摘要

随着信息技术的发展，平面图像已经不能满足立体产品外观设计三维数字化发展趋势的需要;同时随着外观设计专利侵权行为的不断出现，急需通过三维检索技术提升外观设计专利的审查效率，而对立体产品的外观设计专利图像进行三维重建是进行专利三维检索的基本前提。因此对外观专利图像进行三维重建对外观设计走向三维数字化及维护外观设计者的权益具有重要意义，针对当前外观设计专利领域三维重建研究比较匮乏的现状，本文以汽车类外观专利图像为突破点，根据汽车类外观专利图像的特点，对汽车类外观专利图像的三维重建展开研究，主要进行了以下研究工作: (1)提出一种基于曲线拟合的轮廓线间距离获取方法及子轮廓线连接法，用于恢复三维模型。根据三视图理论及汽车模型的对称性，利用曲线拟合的方式自动获取两轮廓线间的距离信息;通过确定车轮部分的起始位置及其厚度得到车轮部分的信息，进而得到三维空间点坐标;对车身及车轮分别采用子轮廓线连接法构造四角面片，实现三维模型的重建。实验结果表明，与传统方法相比，该方法的错误面片剔除率提高了19.4％，且重建效果图在外形上与实际物体更为接近。 (2)提出一种融合从明暗恢复形状（Shape from Shading，SFS）及轮廓线连接法的三维重建方法。该方法结合右视图及主视图的轮廓，对由传统SFS方法得到的模型进行深度校正，得到更为精确地单幅图像三维模型;通过坐标系转换将SFS模型与轮廓线模型统一到同一坐标系中，计算各模型之间的相对位置关系，进行模型之间的对齐操作，从而得到融合模型。实验结果表明，与其他方法相比，对于几何畸变不严重的图像，该方法得到的三维模型在整体恢复与细节信息保留方面都得到较大提升。 (3)提出一种基于摄像机成像模型的图像畸变校正方法，改善畸变图像的重建效果。根据摄像机成像模型中比例不变性原则，将主视图及俯视图中的高度及宽度看作物体的实际尺寸;利用畸变图像中各段的高度比及宽度比与实际比例之间的关系，调整相机位置，获取误差最小时刻的最佳相机位置及观察角度;根据得到的最佳相机位置计算畸变图像的缩放比，并采用三次卷积插值进行图像缩放;对校正后的图像组进行三维重建。实验结果表明，该校正方法能够较好地实现对畸变图像的校正，并且对融合SFS与轮廓线法的三维重建方法具有一定的改善作用。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景、对象与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究对象

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 从明暗恢复形状法

1．2．2 轮廓线连接法

1．2．3 图像畸变校正

1．3 本文工作

1．4 文章结构安排

第2章 三维重建图像库构建及图像预处理

2．1 汽车类外观专利图像库的构建

2．2 汽车类外观专利图像预处理

2．2．1 图像尺寸归一化

2．2．2 图像灰度化

2．2．3 边缘检测

2．2．4 轮廓提取

2．3 本章小结

第3章 基于子轮廓线连接法的三维重建研究

3．1 传统轮廓线连接法存在的问题

3．2 三维空间点的生成

3．2．1 边界坐标移位对齐算法

3．2．2 轮廓线间距离获取

3．2．3 汽车车轮部分的提取

3．2．4 空间坐标点的计算

3．3 子轮廓线连接

3．4 实验结果及分析

3．4．1 评价指标

3．4．2 实验结果及分析

3．5 本章小结

第4章 融合SFS与轮廓线法的三维重建研究

4．1 SFS方法

4．2 基于多视图校正的SFS方法

4．2．1 分段关键点的获取

4．2．2 尺寸信息校正

4．2．3 斜率优化

4．3 SFS与轮廓线法融合的三维模型恢复

4．3．1 右视图模型坐标系的转换

4．3．2 背景信息去除

4．3．3 模型融合

4．4 实验结果及分析

4．4．1 改进的SFS单幅图像重建实验结果

4．4．2 融合SFS与轮廓线法的实验结果及分析

4．5 本章小结

第5章 基于摄像机成像模型的图像校正研究

5．1 摄像机成像模型

5．2 基于多视图对应的摄像机定位

5．2．1 相机运动轨迹的确定

5．2．2 最佳相机位置的确定

5．3 图像变换

5．4 实验结果及分析

5．4．1 评价指标

5．4．2 图像校正实验结果

5．4．3 基于校正图像的三维重建

5．5 本章小节

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

个人简历 在学期间发表的学术论文及研究成果

致谢