基于多幅图像的三维重建理论及算法研究

作者:戴嘉境 刊名: 上传者:郑莉丽

【摘要】在计算机视觉领域,从二维图像中重建出物体的三维模型一直是学者们研究的热点,它综合了众多的学科知识,且在航空测绘、视觉导航、医学诊断、电子商务、虚拟现实等领域都有着非常广阔的应用前景。本文对基于多幅图像的三维重建的相关理论和算法进行了较全面地研究,并在此基础上设计开发了一个三维重建软件系统。 本文首先介绍了相机模型、坐标系变换、对极几何关系、相机标定方法等三维重建中的基本概念理论,然后针对基于多幅图像的三维重建,提出了一套可行方案,并详细分析了其每个步骤。对于稀疏点云重建步骤,本文介绍了基于SIFT算子的特征点检测和匹配方法,并在此基础上阐述了利用运动中恢复结构(SFM)方法进行的稀疏点云生成过程。对于稠密点云重建步骤,本文着重介绍了基于面片的多视图三维重建算法(PMVS)。对于可能出现的点云配准问题,本文介绍了经典的最近点迭代(ICP)点云配准算法,并提出了一种于局部不变特征的二阶段点云配准算法。对于点云三角网格化步骤,本文介绍了三种点云表面重建算法,着重阐述了实际中所使用的基于广度搜索的增量式表面重建算法。对于纹理映射步骤,本文提出了一种自动式纹理贴图方法。最后,本文给出了所开发软件系统的模块架构和工程实现,实验结果表明该软件能够生成较为满意的重建效果,从而验证了以上算法的可行性。

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上海交通大学硕士学位论文 基于多幅图像的三维重建理论及算法研究 硕士研究生:戴嘉境 学号:1090329108 导师:杨杰教授 申请学位:工学硕士 学科:模式识别与智能系统 所在单位:电子信息与电气工程学院 答辩日期:2012年2月 授予学位单位:上海交通大学 DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversity fortheDegreeofMaster RESEARCHONTHETHEORYAND ALGORITHMSOF3DRECONSTRUCTIONFROM MULTIPLEIMAGES Candidate:JiajingDai StudentID:1090329108 Supervisor:Prof.YangJie AcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineering Specialty: PatternRecognitionand IntelligentSystem Affiliation:SElcehcotroilcaolfEElnegictnreoenriicn,gInformationand DateofDefense:Feb,2012 Degree-Conferring-Institution:ShanghaiJiaoTongUniversity 在计算机视觉领域,从二维图像中重建出物体的三维模型一直是学者们研究 的热点,它综合了众多的学科知识,且在航空测绘、视觉导航、医学诊断、电子 商务、虚拟现实等领域都有着非常广阔的应用前景。本文对基于多幅图像的三维 重建的相关理论和算法进行了较全面地研究,并在此基础上设计开发了一个三维 重建软件系统。 本文首先介绍了相机模型、坐标系变换、对极几何关系、相机标定方法等三 维重建中的基本概念理论,然后针对基于多幅图像的三维重建,提出了一套可行 方案,并详细分析了其每个步骤。对于稀疏点云重建步骤,本文介绍了基于SIFT 算子的特征点检测和匹配方法,并在此基础上阐述了利用运动中恢复结构(SFM) 方法进行的稀疏点云生成过程。对于稠密点云重建步骤,本文着重介绍了基于面 片的多视图三维重建算法(PMVS)。对于可能出现的点云配准问题,本文介绍了经 典的最近点迭代(ICP)点云配准算法,并提出了一种于局部不变特征的二阶段点 云配准算法。对于点云三角网格化步骤,本文介绍了三种点云表面重建算法,着 重阐述了实际中所使用的基于广度搜索的增量式表面重建算法。对于纹理映射步 骤,本文提出了一种自动式纹理贴图方法。最后,本文给出了所开发软件系统的 模块架构和工程实现,实验结果表明该软件能够生成较为满意的重建效果,从而 验证了以上算法的可行性。 三维重建;;点云配准;;点云网格化;;纹理映射Reconstructing3Dmodelsfrom2Dimageshasbeenahotresearchtopicinthe fieldofcomputervision.Itisacomprehensiveandcrossresearchareaandhasavery wideapplicationprospectsinthefieldsofaerialmapping,visualnavigation,medical diagnosis,electroniccommerceandvirtualreality,etc.Thispaperprovidesadeep researchonthetheoryandalgorithmsof3Dreconstr

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