三维扫描系统中的标志点识别与人脸图像的立体匹配研究

摘要

三维扫描技术以其独有的优势正在工业、国防、医学、文物保护等行业中发挥着越来越重要的作用。标志点的识别是三维扫描系统中一个重要的环节,本论文对标志点的识别特点和各种常用的检测识别方法进行了深入的研究,针对实际应用中存在的问题,提出了一种能够识别复杂背景下的三维扫描系统圆形标志点的方法。三维人脸重构是三维扫描技术的一个重要应用领域,人脸图像的立体匹配问题是三维人脸重构中一个非常关键的研究课题,也是一个难点,本论文对此进行了研究。本论文的主要工作和研究成果有： 1.提出了一种三维扫描系统中的标志点识别方法。该方法首先对左右摄像机拍摄的图像进行预处理,在预处理后得到的边缘图中,标志点的特征是边界连续闭合,其次以边界连续闭合区域作为标志点的特征,设计相应的特征检测方法在图像中检测可能的标志点,将可能的标志点组成疑似点集,然后利用各疑似点的空间对应点在点云中的位置和微切平面与成像平面之间的夹角为各疑似点自适应设定形状描述阈值,并利用该阈值对疑似点的实际形状描述结果进行验证得到图像中的标志点,最后将左右摄像机拍摄的图像中的标志点进行匹配得到左右对应的标志点对,并获取匹配标志点对应的空间标志点。 2.提出了一种结合人脸特征的双目人脸图像立体匹配方法。这种方法首先定位人脸上少量的特征点,如眼角等,然后根据特征点的位置计算其他的对应点对的匹配代价,最后采用全局优化方法得到两幅图像之间像素点的匹配关系。 实验表明,本论文提出的标志点识别方法可以准确地识别三维扫描系统使用的小标志点,结合人脸特征的立体匹配方法可以有效地减少误匹配,提高三维点云的精确度。在本论文的最后,对论文工作进行了总结并讨论了课题需进一步研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1三维扫描技术概述

1.1.1三维扫描技术的发展

1.1.2三维扫描技术的需求和应用

1.1.3三维扫描技术的分类

1.2三维扫描系统中的标志点识别

1.2.1标志点识别的产生背景

1.2.2标志点识别存在的问题

1.3三维人脸扫描系统

1.3.1三维人脸扫描系统的概述

1.3.2基于图像的三维人脸扫描系统的研究现状

1.3.3有待进一步解决的问题

1.4本论文的研究内容

1.5论文章节安排

第二章三维扫描系统中的标志点识别

2.1三维点云数据拼接

2.2标志点的识别任务介绍

2.3标志点识别的特点

2.4标志点的识别方法分析

2.4.1特征检测器

2.4.2标志点的检测验证

2.5本章小结

第三章一种三维扫描系统中的标志点识别方法

3.1采集图像

3.2图像预处理

3.2.1检测图像边缘

3.2.2延展边缘

3.3检测可能的标志点

3.3.1寻找第一个可能的标志点

3.3.2寻找边缘图中所有剩余可能的标志点

3.4验证疑似点

3.4.1疑似点形状描述

3.4.2计算疑似点对应的空间点的三维坐标和微切平面与成像平面夹角

3.4.3自适应设定阈值

3.4.4验证标志点

3.5匹配左右图像中的标志点

3.6将相匹配标志点对转化为空间标志点

3.7实验结果

3.8结论

第四章一种三维人脸重构的立体匹配方法

4.1基于图像的三维人脸重构研究介绍

4.1.1双目立体视觉重构方法

4.1.2立体匹配算法的概述

4.1.3人脸图像匹配的特点

4.2摄像机的标定以及图像对的获取

4.3结合人脸特征点的立体匹配方法

4.3.1眼睛的定位

4.3.2相似性测度设计

4.3.3全局优化

4.4点云数据生成

4.5实验结果

4.6结论

第五章总结与展望

5.1课题中完成的工作

5.2课题中尚存在的问题及对工作的展望

5.3结束语

致 谢

参考文献

作者硕士期间发表的论文及专利