基于显微图片序列的三维表面重构

摘要

光学显微三维成像技术是一项集光、机、电、计算机及图像处理于一体的新兴技术。此项技术以其能够实现非接触测量可视化以及三维超分辨能力，使其在生物医学、微加工质量检测、微廓形测量、材料分析以及表面粗糙度测量中得到了广泛的应用。显微图像三维重建技术在二维图像分析的基础上发展起来的新兴技术，与二维图像相比，它能够提供更多更全面的被测对象的信息，是实现微廓形三维可视化测量的基础，是近十年来发展最活跃的领域之一。 论文研究了基于显微序列图片的表面三维建模技术所涉及的关键问题，具体分为图像预处理、特征提取、立体匹配，三维重构以及显示等。论文针对显微图像的特点，采用滤波、阈值分割及边缘检测等处理方法，在预处理阶段去掉了大部分图像噪声，提高了对比度，为特征提取与匹配提供了很好的数据源。根据特征检测的基本原理，论文选择了Canny算子对显微图像处理，利用Freeman链码方法对显微图像进行了特征提取。论文选择OpenGL类库和VTK开发包进行三维表面重构，并实现了三维表面显示和交互，给出了数据预处理、三维散乱点三角剖分的解决方案。对三维敖乱点云数据做了初步处理，实现了散乱点的Delaunay三角剖分。同时论文研究了摄像机自标定算法，并对所用数码摄像机Lecia DFC480进行了初步标定。 论文结合序列显微图像，对显微图像的二维预处理及其三维信息重构方法进行了系统的研究，对其中涉及的基本理论和基本方法进行了初步的探讨，为进一步实现微廓形三维可视化测量打下了基础。

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致谢

第一章绪论

1.1问题的引出

1.2三维物体表面重建显示技术

1.3数字显微三维成像原理概述

1.3.1聚焦法

1.3.2离焦法

1.3.3单目成像原理

1.4基于摄像图片序列的三维表面重建

1.4.1投影重建

1.4.2深度图像配准

1.4.3摄像机自标定

1.4.4三维模型重建以及显示

1.5三维物体表面重建的研究进展

1.6论文的工作

第二章基于显微序列图片三维重建的基础理论

2.1显微镜三维重建的基本原理

2.2显微图像的特点

2.3显微图像预处理

2.4特征点提取

2.4.1基于轮廓线的方法

2.4.2基于图像灰度值本身的方法

2.5三维重建及显示技术

2.5.1表面显示

2.5.2体显示

2.6三维图像的交互技术

2.6.1坐标变换

2.6.2 OpenGL与矩阵

2.7显微系统的摄像机标定

2.8序列图片三维重建流程和开发平台

2.8.1三维重建流程

2.8.2开发环境的建立

第三章图像预处理

3.1图像预处理

3.1.1图像的点运算

3.1.2边缘检测

3.2种子填充

3.3深度图像配准

3.4 Freeman链码及跟踪算法

3.5 ACCESS数据库储存边缘点

第四章三维模型构造及其显示方法

4.1软件简介

4.1.1 OpenGL环境简介

4.1.2 VTK环境简介

4.2 Delaunay三角网剖分

4.2.1 Voronoi图

4.2.2 Delaunay三角剖分

4.3构网实现

4.3.1构网实现方法

4.3.2 Z坐标层次化确定

4.3.3利用VTK建模与显示

4.4三维测量

4.4.1三维拾取技术

4.4.2三维操控技术

4.4.3空间两点的测量

第五章摄像机标定及射影重建

5.1摄像机标定方法综述

5.1.1传统标定方法

5.1.2基于主动视觉的标定方法

5.1.3自标定方法

5.2利用透视变换矩阵的标定计算

5.2.1最小二乘算法

5.2.2显微系统的标定

5.3实验结果

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文