基于人工地标多视角三维曲面拼接方法的研究

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1、浙江理工大学硕士学位论文摘要因目标表面超出摄像机视场范围、回转体各部分之间相互遮挡或者测量精度的要求等原因，使得从任何测量角度都无法实现一次完成整个目标的三维测量工作，大型物体表面和回转体表面的检测往往需要分块测量，然后将各个分块测得的曲面数据进行归一化，实现物体整体形貌测量。因此三维曲面拼接是实现物体形貌测量的关键技术之一，同时也是计算机视觉和数字图像处理领域的重要研究方向之一。课题组在前期提出了基于符号M阵列结构光的三维曲面检测方法，并实现了在二值光源投射下动态场景的三维检测与重建，该三维检测方法适合测量大尺寸且表面曲率变

2、化较小的目标物体。由于这些物体表面不具有明显特征，因此不宜采用自由拼接方法。基于该三维检测方法，本文研究了一种基于目标表面地标的三维曲面拼接方法，实验表明该方法具有一定的拼接精度和较高的鲁棒性。该方法在目标表面上设置一组地标，通过提取地标，获得地标的图像坐标，从而求解出地标的世界坐标，由地标的世界坐标求解出不同视角下坐标系间的变换矩阵，实现三维曲面拼接，本论文的主要内容包括以下几个方面：(1)地标识别与定位方法研究。在待检测目标表面设置人工地标，通过图像平滑、阈值分割对采集的地标图像进行预处理，利用地标所含白色连通域的个数对图

3、像地标进行识别，采用最／b--乘拟合法对地标中心进行定位，并通过检测点坐标分析计算地标的世界坐标，同时也给出了Matlab下三维曲面模拟生成的方法。(2)基于三地标的曲面拼接方法研究。研究了基于三地标的三维数据拼接的确定和原理，推导出了变换矩阵的求解过程，然后根据变换矩阵将分块测量的世界坐标系进行归一化。研究并分析了常用三地标的曲面拼接方法，提出了采用过渡坐标系求取变换矩阵的方法。提出了曲面拼接后的评判标准与曲面的平滑处理方法。(3)多地标拼接系统中地标的优化选择研究。在两个相邻曲面公共区域中有众多地标的曲面拼接中，研究了基于

4、特征和迭代配准算法的优势以及所存在的不足，提出了在众多地标中选取其中最优三个地标作为拼接地标的方法。研究并确浙江理工大学硕士学位论文定了地标的优化选择原则，分析不同地标选择方案对拼接精度的影响，并通过一系列的实验验证了该原则的可行性和正确性。关键词：三维曲面；拼接；地标；归一化；平滑Ⅱ浙江理工大学硕士学位论文AbstractDuetothesurfaceofthetargetbeyondthecameraviewscope，thepartialviewoftherevolvedbodysurfacesisblockedbyot

5、herparts，orthemeasurementprecisionrequirements，whichmakeanyanglemeasurementareunabletorealizeacompletethethree·dimensionalmeasurementworkofthewholegoal，themeasurementprocessofthesesurfacesareoRenseparatedintoseveralpiecesortimes．Thenormalizationofeveryseparatedsurfa

6、cedataisnecessaryinordertorealizetheobjectwholetopographymeasurement．Thereforethree-dimensionalsurfacesplicingisakeytechnologytorealizetheobjecttopographymeasurement，andit'salsooneoftheimportantresearchfieldsofcomputervisionanddigitalimageprocessing．Astructuredlight

7、3DdetectingmethodwhichbasedonsymbolicM-arrayswasputforwardbyourgroup．Andourgrouprealizedthedetectingandreconstructionofdynamic3Dsceneinbinarylightprojection．The3Ddetectingmethodissuitableforlargetargetswhichthecurvaturechangessmaller．Becausetherehavenoremarkablechar

8、acteristicsontheobjectsurfaces，thereforetheycanhardlybesplicedbyfreesplicingmethod．Basedonthethree-dimensiondetectionmethod，analternatedsp