曲面重建——基于轮廓线的旋转曲面三维重建

摘要

由曲面的二维灰度图像重建其三维形状已经成为计算机视觉领域的一个研究热点。对该问题进行了深入的研究，提出了一种从单幅图像出发，采用轮廓线进行旋转曲面重建的方法。该方法从一幅二维灰度图像中提取旋转体作为研究对象，通过一种自适应的Harris角点检测方法获取有效轮廓线及其分段曲线，根据分段曲线类型及其特征信息构造旋转体的对称轴，结合旋转体的几何特性实现了旋转曲面的三维重建。实验证明，该方法可以根据旋转体的二维灰度图像方便有效的重建出其三维形状。
　　 本文的研究工作主要体现在以下几个方面：
　　 1、利用数码相机获取的物体图像往往难以满足实验过程的要求，为了使重建结果尽量接近真实形状，必须对图像进行处理。主要是对图像进行平滑处理，去除噪声，然后进行必要的色彩转换以及阈值分割，以准确的从一幅二维图像中提取旋转体作为本文的研究对象；
　　 2、介绍一种自适应的Harris角点检测方法，以便根据角点检测序列确定重建过程所需要的有效轮廓线；重点讨论如何使用堆栈技术辅助八邻域搜索过程，以便对两条有效轮廓线分别进行轮廓跟踪，从而获取分段曲线及其特征信息；
　　 3、由于本文主要以母线中含有圆弧段成分的旋转体作为研究对象，讨论如何根据几何性质设置判断条件来识别分段曲线的类型，进而重点探讨如何依照分段曲线的类型构造旋转体的对称轴；
　　 4、相机拍摄的旋转体往往呈现非理想状态(非垂直摆放)，为了处理的方便，设计了相应的坐标变换，将旋转体纠正为垂直摆放的状态，以便之后获取旋转体对象的三维信息；
　　 5、充分利用旋转曲面的几何特性，结合有效轮廓线及对称轴信息，获取旋转体对象的三维信息；
　　 6、针对本文理论成果进行了实践，以OpenGL和VC++6.0为开发工具实现了一个基于轮廓线的旋转曲面重建系统，并且为用户提供了良好的交互操作。
　　 同时，为了体现完整性，在本文中对三维图形渲染的操作流程以及OpenGL的使用机制进行了简要的介绍。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究的现状

1.2.1 三维重建技术综述

1.2.2 基于图像的旋转曲面三维重建技术

1.3 课题研究的意义

1.4 本论文的组织结构

第二章 图像处理技术

2.1 轮廓跟踪

2.1.1 轮廓跟踪的基本原理

2.1.2 单目标区域轮廓跟踪算法

2.1.3 一种改进的单目标区域轮廓跟踪算法

2.1.4 单图像多目标区域轮廓跟踪算法

2.2 角点检测

2.2.1 角点检测方法的分类

2.2.2 Harris角点检测方法的改进及应用

第三章 真实感图形技术与OpenGL技术

3.1 计算机图形学

3.2 真实感图形技术

3.3 光照明模型

3.3.1 简单光照明模型

3.4 OpenGL技术

3.4.1 OpenGL的功能与特点

3.4.2 OpenGL的工作原理

第四章 基于轮廓线的旋转曲面三维重建方法

4.1 概述

4.2 轮廓线设计

4.2.1 单目标轮廓线跟踪(整体轮廓线提取)

4.2.2 有效轮廓线提取

4.2.3 有效轮廓线特征信息获取(分段曲线及其特征信息)

4.3 曲线类型识别

4.4 对称轴确定

4.4.1简单旋转曲面对称轴构造

4.4.2复杂旋转曲面对称轴构造

4.5影像纠正

4.6旋转曲面三维信息获取

4.7小结

第五章 基于轮廓线的旋转曲面重建系统设计与实现

5.1使用技术及开发平台

5.1.1 OpenGL技术

5.1.2开发平台

5.2系统总体设计

5.2.1系统设计实现的目标

5.2.2系统的组织结构

5.2.3系统界面规划

5.3光照渲染

5.3.1光照设置

5.3.2曲面网格划分及法向量

5.4交互功能

5.5实验

5.5.1实验结果

5.5.2误差分析

5.6 小结

第六章 结论和展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文