基于线激光和多相机的场景快速三维获取技术研究

摘要

我国历史悠久，文化遗产众多，其中文化遗存是重要的一部分。由于文化遗存是不可再生资源，并且遗存在发掘后也难于长久保存，在很多考古发掘项目中，往往由于考古人员的主观想法而忽略了许多具有重要意义的史据信息。鉴于此，如何全方位的记录考古发掘的过程，客观的准确的获取考古发掘场景的三维信息，成为业界研究的热点。
　　 目前用于场景三维获取的技术主要分为基于飞秒激光的方法和基于照片的方法。飞秒激光基于测量激光飞行时间的相位差来计算点的深度信息。但是由于是逐点扫描，扫描大型场景时时间很长，不能满足考古人员的工作需求。基于照片的方法效率较高，但由于激光器或投影仪固定，获取全角度信息时需要多次扫描，这需要多次标定并且要将多个角度的信息拼接起来，这无疑增加了工作的难度。
　　 鉴于当前方法的不足，本文研发出一种场景三维信息快速获取方法。出于对时间和性能的考虑，采用了线激光和多摄像头的解决方案。为了解决激光器标定后不能移动的问题，推导出无需激光器标定的点云计算模型，从而经过一次扫描即可获得整个场景的三维信息，并且将原型系统拿到海宁、临平等地考古现场进行了测试，取得了较好的效果。在整个系统中，多相机标定和三维模型重建是方法的核心技术。本文给出了计算多相机内部参数和外部参数的详细公式、推导步骤和算法实现，以及空间点三维坐标计算的详细方法和激光线提取的关键步骤。在文章的最后，本文分析了原型系统的精度和性能，并且对以后的进一步研究提出了建议。

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论文说明：图表目录

声明

第一章绪论

1.1 引言

1.2 考古发掘现场三维信息获取技术现状

1.3 本文的工作

1.4 本文的结构

第二章三维场景获取技术综述

2.1三维获取系统的基本功能

2.2三维扫描仪的分类

2.3三维获取的基本步骤

2.4考古发掘现场三维获取技术分析

第三章基于一维标定物的多相机标定算法研究

3.1基本原理

3.2矩阵分解

3.2.1估计尺度因子

3.2.2填充缺失元素

3.2.3未知尺度因子的矩阵填充

3.2.4填充算法与尺度因子估计的合并

3.2.5矩阵分解

3.3 欧几里德分层

3.4 算法实现

3.4.1查找特征点

3.4.2剔除错误顶点

3.4.3欧几里德分层

3.4.4世界坐标转换

3.4.5已有标定结果的验证

3.4.6与传统方法的比较

3.5本章小结

第四章无需激光器标定的多照片三维重建技术

4.1 相机模型的基本原理

4.2 空间点三维坐标计算

4.3 特征点匹配

4.4 激光线特征提取

4.4.1图像平滑

4.4.2图像二值化

4.4.3去噪和激光线提取

4.4.4与传统算法的比较

4.5 基于点云的三维重建

4.5.1点云信息预处理技术

4.5.2三维模型重建

4.5.3纹理映射

4.6本章小结

第五章考古发掘现场三维获取原型系统的实现

5.1 系统组成

5.2 三维获取的基本流程

5.3实验结果

5.4原型系统的性能参数及精度定义

第六章总结和展望

6.1工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢