基于双目视觉的图像三维重建

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2、制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：二墨如师签名：山东大学硕士学位论文1．1课题研究背景和意义第一章绪论三维图像在现实生活中有广泛的应用。相比二维图像，它能更好的描述现实场景，可以获得更加生动的视觉效果。而且在某些工业、军事等场合，人们需要知道场景中所包含的距离等三维信息，此时更需要获得场景的三维图像。但是在现实生活中所得的图像大都是二维的，要想得到相应的三维信息，还需要用相关的方法来对其进行处理。要获得三维场景，我们可以对场景建模，即用计算机模拟现实场景的几何、光照等信息。但是由于现实世界的几何复杂性以及光线传播中所发生的散射、衍射以及穿

3、过各种介质时所发生的折射或是光线削弱等情形都使这种建模存在一定困难，而且不容易得到非常逼真的场景图像。幽HNishita等【1】在模拟从太空看地球的效果时，就考虑了大气分子和其它微粒对光线的散射机制，以得到较好的场景图像。此外也有文章【2】对航天体再入大气层进行了模拟，其中也要分析许多光学、几何特征。为了更加有效的利用各种已知的场景信息，人们提出了基于图像的建模和绘制(IB豫)技术，欲得到具有照片般真实感的生成图像，研究人员对基于图像的技术进行了大量的研究，并取得了许多成果。根据系统采用数据的表示形式，IBMR可分为以下几种：一是基于全光函到3】的数据表示形式：二是基于图像数据表示

4、形式，如视图插值和视图变形【4】；三是基于几何的数据表示形式。Debevec等研究的从照片对建筑物进行建模和绘制的系统【5，6】就是采用基于几何的数据表示形式这种技术。三维重建属于计算机视觉的内容，它是IBMR技术的一个重要应用。当前许多关于视觉的处理都是建立在Marr的视觉理论基础上的。20世纪80年代初，Marr首次从信息处理的角度综合了图像处理、心理物理学、神经生物学及临床神经病学等方面已取得的重要研究成果，提出了第一个较为完善的视觉理论框架，使计算机视觉研究有了一个比较明确的体系。虽然这个理论还需要不断改进和完善，但Marr的视觉计算理论是首次提出的阐述视觉机理的系统理论，

5、并山东大学硕士学位论文且对人类视觉和计算机视觉的研究都产生了深远的推动作用。当然Marr的理论也有其不足之处，比如处理缺乏反馈等等，基于此近年来人们也提出了一些新的改进之处。计算机视觉与人类的视觉有许多相似之处，计算机视觉便是在人类视觉基础上再结合其他各种相关知识来对场景图像等进行处理的。三维重建是计算机视觉中一个很重要的问题。当前基于各种视觉理论，人们已经提出了很多的三维重建方法，比如结构光视爿7·121、光度立体视觉【13t1卅以及双目视觉㈣等等。它们都有各自的适用范围。结构光视觉属于主动视觉，它是先利用投射器对三维场景进行光线投射，然后再对场景中的被投射到的场景线用照相机进行

6、捕捉并进行三维重构。这可以达到很高的精度，但是它需要先对场景进行光线投射，这在某些场合是不适合的，特别是某些特殊的工业应用场合以及某些军事场合中。光度立体视觉是一种恢复场景中目标表面朝向的方法，它不需要额外的光线投射，但是它的效果受场景光线的影响很大，计算不一定那么精确。与上述两种方法相比，双目视觉有极大的优越性。它也不需要光线投射，而且对光线的依赖没有那么强烈，因此在某些情况下，它可以得到更好的重构效果，而且当前也有许多研究双目视觉的方法。1．2相关的研究工作双目视觉是基于视差原理，利用对同一场景拍照所获得的二维信息来重构获得场景的三维信息【16，”】。他仿照人眼的功能来获得场景

7、的深度信息。80年代，美国麻省理工学院的Marr提出一种视觉理论并用在双目视觉上，它通过视差来获得场景深度立体信息，奠定了双目立体视觉发展的理论基础。它在研究人眼的视觉原理以及各种工程领域都有很重要的应用。进行双目视觉处理前，先要标定好摄像机的内外参数。在实际研究中，根据实际需要可以采用不同的摄像机模型，一般都是研究线性摄像机模型【l引，也有对非线性模型‘19，201进行研究的。前者又称针孔摄像机模型。在此模型中，空间任何一点P在图像中的成像位置可以用针孔成像模型近似