采用光学和图像方法的三维重建

摘要

随着计算机的迅速发展，三维重建技术一直是计算机视觉和计算机图形学的研究热点。三维重建技术在医学研究、建筑设计、数字城市、机器视觉和文物保护等方面有着广泛的应用。本文利用图像处理和光学方面的技术建立单幅图像的三维重建系统，通过对摄像机拍摄的单幅彩色图像进行处理，实现颜色识别、斜率计算、三维重建等功能。
　　本文主要针对单目摄像机固定，研究透明物体的三维重建，并基于VS2008，Opencv2.3.1和Matlab7.0软件开发平台。
　　通过查阅国内外大量的相关文献资料，在总结先驱们的经验基础上，提出了适合本文研究透明物体的三维重建的方法。本文的研究内容主要分为四个部分:颜色识别、计算物体表面斜率、重建物体表面形状和算法对比与实验分析。颜色识别是通过构造模糊相似矩阵，识别出物体表面颜色对应的彩色模板中的颜色;计算物体表面斜率是透明物体表面不同斜率区域，表现出不同的颜色，在通过光的折射定理计算出表面的斜率;重建物体表面形状是对斜率数据通过泊松方程求解获得物体表面的高度值，由于斜率数据可能存在不可积分，本文提出先对斜率数据预处理再进行傅里叶变换得到表面的高度值，并对比这两种方法的三维重建均方根误差。算法对比与实验分析是通过本文方法和从明暗恢复形状5类典型方法的三维形状重建效果以及重建高度值与真实高度值误差对比，分析了从明暗恢复形状方法的缺点，验证了本文方法的可行性和鲁棒性。
　　最后，总结了本文所完成的工作和存在的不足，并对后续研究的进行了展望。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 论文研究内容和方法

1．4 全文章节安排

2 颜色识别

2．1 模糊数学的概述

2．2 模糊数学的数学理论基础

2．2．1 经典集合理论

2．2．2 模糊集合理论

2．2．3 二元关系及运算

2．3 构造模糊相似矩阵

2．3．1 数据规格化

2．3．2 构造相似矩阵的方法

2．4 颜色空间

2．4．1 RGB颜色空间

2．4．2 HSV颜色空间

2．5 图像连通域处理

2．5．1 连通域算法简介

2．5．2 传统的八邻域连通标记算法

2．5．3 改进的八邻域连通标记算法

2．6 算法实例分析与实验结果

2．6．1 实例分析

2．6．2 实验结果

2．7 算法对比

2．8 本章小结

3 计算物体表面的斜率

3．1 光的折射定理

3．2 计算物体表面斜率

3．3 本章小结

4 重建物体表面形状

4．1 图像变换

4．1．1 离散傅里叶变换

4．1．2 离散余弦变换

4．1．3 离散正弦变换(DST)

4．2 基于泊松方程求解物体表面

4．2．1 Dirichlet边界条件

4．2．2 Neumann边界条件

4．3 基于可积分梯度重建物体表面

4．3．1 梯度数据预处理

4．3．2 傅里叶级数展开求积分重建表面

4．4 本章小结

5 算法对比与实验分析

5．1 从明暗恢复形状的方法

5．1．1 明暗恢复形状的基本概述

5．1．2 最小值法

5．1．3 线性化法

5．1．4 局部分析法

5．2 实验结果与分析

5．2．1 物体表面形状重建效果与分析

5．2．2 与明暗恢复形状的方法重建结果对比

5．3 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间申请国家发明专利