邻近物体环境下镜面光流理论的研究

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1、邻近物体环境下镜面光流理论的研究宋挺日期中图分类号：TP391UDC分类号：004邻近物体环境下镜面光流理论的研究作者姓名宋挺学院名称软件学院指导教师李红松答辩委员会主席申请学位工学硕士学科专业软件工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ShapefromSpecularFlowwithNear-fieldEnvironmentMotionFieldCandidateName：SongTingSchoolorDepartment:SchoolofSoftwareFacultyMentor:Prof.LiHongsongChair,Thes

2、isCommittee：Prof.DegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：SoftwareEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015摘要镜面物体表面的三维重建被认为是一个具有挑战性的问题，因为这种表面的外观不仅取决于物体本身，而且也反射环境特征，同时还取决于观察者位置。在环境无穷远假设下，近年来出现了完善的理论框架（SFSF）。但是该工作假设环境是无穷远的，这种假设往往在邻近环境时引起较大的重建误差。同时

3、因为此种假设，该工作只能解决环境是旋转的情况而无法将任意环境的运动方式与镜面光流联系起来。本工作中研究了邻近环境运动场下镜面光流重建镜面物体这一问题，提出了一个理论框架，这一理论框架是首次被提出的，并可以解决邻近环境的问题。本工作的主要贡献如下本工作研究邻近物体和镜面光流之间的关系，提出了一个理论框架，扩展并包涵了SFSF算法，建立了邻近环境的运动与镜面表面重建问题的微分方程形式表述。将镜面表面函数，镜面光流，环境函数，环境运动场以一组核心微分方程联系起来。该核心方程系统可以在适当的条件下被转换为标准的双曲型微分方程，通过特征理论，本工作给出了标准

4、柯西问题下隐式的解析形式的解的表达式。并详细讨论了方程的特性，包括方程奇点和解的适定性。当环境是刚性的平移时，本工作提出了包括数值形式与解析形式的求解该核心方程的方法。使用该方法可以在未知的邻近环境下，通过镜面光流同时重建未知镜面表面和未知环境最后本工作以数值和真实实验结果验证了理论的正确性。关键词：镜面表面，光流重建，镜面光流，偏微分方程IAbstractReconstructionofcurved,mirror-likesurfacesinunknownlightingenvironmentsisachallengingproblem.Onewe

5、ll-knownsolutionisthe‘shapefromspecularflow’approach,whichassumesfar-fieldenvironmentillumination.Theassumptionmakesitimpracticalforthecaseofnear-fieldenvironment.Firstly,thespecularflowinvokedbythenear-fieldenvironmentinsuchenvironmentscanseverelybiasthereconstructionresults.Se

6、condly,anykindofenvironmentmotionhasnosolutionexceptrotaionunderthisassumption.Inthiswork,weproposeanapproachthatovercomesthisproblem.ThecontributionsofthisthisisareWeproposeatheoreticalanalysisof“surfacefromspecularflow”withunknownnear-fieldenvironment;therelationshipamongthen

7、ear-fieldenvironmentmotion,thespecularsurface,andtheobservedspecularflowisgivenasasystemofsecond-orderpartialdifferentialequations;ThisPDEsystemcanbeconvertedintoacanonicalformofhyperbolicequation.Stable,uniquesolutionofsuchequationexistswhentheCauchyboundaryconditionisgiven.Th

8、esingularitiesofthesedifferentialequationsaredi