提高三维图像重建精度的算法研究

摘要

工业生产中经常需要对产品进行三维表面外形和几何尺寸的测量,一般的成像系统得到丢失了距离信息的二维图像.三维重建是指从二维图像信息中恢复出图像所反映的场景中三维物体的形状和空间位置,通过三维的重建可以恢复出立体信息,得到被测物体表面几何形状和尺寸.三维重建是计算机视觉研究的一个重要方向,它是研究物体形态,特别是物体表面形态的基础,近年来在数字图像处理和图像测量领域的研究十分活跃.基于图像的三维重建是一种图像测量技术,把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用,从中提取有用的信号,得到被测物体三维的表面信息.基于图像的三维重建具有其非接触、高精度、易于自动控制等优点,领域应用非常广泛.由二维图像恢复物体的三维形态是重建的一个主要任务.三维重建的方法有很多,以Marr的计算视觉理论为基础的双目立体视觉方法是三维重建的一个重要方法.双目视觉依据双眼成像的原理,利用一对立体图像,通过匹配两幅图像中的对应点,得到图像中各点的视差,根据视差值由透射投影模型计算得到被测物体的空间坐标位置.图像的采集和处理过程中会引起误差,对重建质量产生影响.三维重建系统的精度不仅取决于图像处理算法的精度,还与光学成像系统、背景照明、摄像机的安装精度等因素有关.在已初步形成的图像重建系统的基础上,通过分析测量系统的结构和图像特征的检测及匹配对重建质量的影响,提出了一些消除或减小误差的方法来改善重建质量,并对计算机生成的理想物体和实际的拍摄物体进行了表面重建以验证重建系统的测量精度,均取得了较好的三维结构图,达到了较为满意的重建效果.

目录

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摘要

Abstract

第一章绪论

§1.1基于图像的三维重建

§1.2课题的主要任务

第二章双目立体视觉原理

§2.1双目立体视觉的基本原理

§2.2立体视觉的结构模型对深度测量的影响

第三章摄像机定标和图像采集

§3.1透视投影变换

§3.2摄像机的标定

§3.3光学成像系统的畸变

§3.4带有一阶径向畸变的摄像机模型

§3.5简单像机定标

§3.6亚像素级的图像分辨率

第四章图像的边缘检测

§4.1 LOG算子边缘检测

§4.2 Canny算子边缘检测

§4.3亚像素级的边缘检测

第五章图像的匹配

§5.1归一化灰度相关法

§5.2双门限匹配法

§5.3图像的亚像素匹配

§5.4表面深度值的插值

第六章三维重建系统的实例分析

§6.1重建系统的测量框架

§6.2重建系统的软件实现

§6.3重建系统的测量实例

§6.3.1理想物体的三维重建

§6.3.2实际物体的三维重建

§6.4结论

第七章结论与设想

参考文献

已发表论文：

致谢