基于图像植物建模技术的研究

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1、浙{_『=大学硕士学忙论x一基十罔像的植物建模抽水的研纯摘要基于图像的i维重建是虚拟现实的‘个重要研究方向，其丰要目的是通过相机拍摄得到的图像，捕获相机内外参数并重建拍摄目标物体的三维模型。该方法与传统的三维建模方法(如三维模型软件或者激光扫描仪)相比，具有成本低、自动化程度高等特点，且模型基本符合拍摄目标物体的几何结构。如何根据受干扰或者不完整的二维信息来恢复∑维信息是这项技术的一大难点，也是本文研究工作的重点。本文针对我们的口标⋯植物对象，采用了基于主动线索进行三维重构的方法。这里所谓的“主动线索”是指操作者利用棍棒的投影投射到目标物体上的阴影信息，即“弱结构光”，来恢复目标物体的三维信

2、息。这样的方法非常适合类似于植株这样纹理单+性程度较高的对象。本文设计了一个基于上述主动线索的原型系统，共包括五个部分：1)相机内外参数和光源空间位置校准；2)阴影平面计算：3)从二维坐标恢复三维信息：4)多视角拼接；5)散乱点三角面片化。本文将上述五个部分集成在一起实现了原型系统。用户通过较少的手1二交互，就可以从多个视角中获得出目标对象的i维模型。本文的主要研究成果如下：a)在阴影平面计算方面：阴影平面与参考平面的空间交线在相机成像平面上得到的二维直线是恢复阴影平面的关键。为了实现上述直线方程的高精度自动计算，本文提出了利用二维点N--维直线距离平方和最小的几何原理进行二维直线的拟合算法

3、。此方法不仅解决了最小二乘法在直线倾角为90度时的偏差问题，同时也实现了直线拟合的完全自动化。b)在二维坐标恢复三维信息方面：本文提出了基于距离最小二乘法的直线拟合算法，可以避免传统的最小二乘法在直线倾角在90度附近时带来的较大偏差。对于拍摄图片中多噪声的问题，本文提出了多种降噪的方法，最大程度地降低了噪声的影响。C)在进行模型构造方面：本文根据有茎植株的形态提出了两步多视角拼接算法。由于多视角的拼合会导致叶片上的重影问题，本文使用了通过散乱点反求B样条曲面的控制点并重新插值出新曲面点的算法。该方法不但消除了重影问题，而且可以调整单一视角的误差。关键词虚拟现实，基于图像的三维重建，主动线索，

4、弱结构光，植物重建，多视角拼接塑翌查兰堡主兰竺丝兰二：：：二堇主旦堡堕堕型垡堡塾查塑婴型Abstractimage-basedmodeling(IBM)isaresearchtopicinVirtualRealityfielditsmainobjectiveistocapturetheinnerandouterparametersofthecamerasoastoreconstructthe3DmodeloftheobjectbyprocessingtheimageinformationtakenbythecameraComparedtotraditional3Dmodelingmethod

5、s，suchas3Dmodelingsoftwareandlaserscanners，IBMhastheadvantagesoflowCOStandhighlevelofautomation，andconsideringthereconstructedmodel，itiscompliedwiththetopologyoftheoriginalobject．Howtoreconstructthe3Dinformationfromnoisedorincomplete2Dinformationisabigchallengeforcomputervision，andinthispaper,wefoc

6、usonthischallengeasOUrresearchtarget．Consideringourobject⋯plant，weadoptthemethodwhichissuitablefortheuniform—texturedobjectlikeplant：IBMfromtheactivecues，weak-structuredlightThe“weak—structuredlight’’referstothecastshadowontheobjectwhentheoperatorholdsastickandmovesabovetheplant．Wcdesignaprototypes

7、ystemhasedontheactivecues‘‘weak-structuredlight'’．anddivideoursystemintofiveparts，whichare：1thecalibrationoftheinnerandouterparametersofthecameraandthecalibrationofthelightsourceposition；2thecalculationofth