三维重建系统的关键技术研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要随着计算机的发展，三维重建技术的应用越来越广泛，它综合了多项计算机视觉技术。一个完整的三维重建系统主要包括图像获取，摄像机标定，图像预处理，立体匹配，三维重建及后处理几个部分，其中的任何一个环节都对重建结果有着至关重要的影响。因此，本文重点对三维重建的几个关键技术进行研究。论文首先对摄像机标定进行研究。分析了影响摄像机成像的各种畸变，给出了完整的摄像机模型；改进了基于标定物进行标定的方法。以椭圆模板作为标定物，并给出空间椭圆及其中心成像的数学模型，对椭圆中心进行了校正和提取，利用校正后的椭圆中心成像点进

2、行Tsai标定，即给出了基于椭圆中心校正的Tsai标定方法，实验证明该算法可以获得较高的标定精度。其次，研究了基于立体匹配的图像预处理方法。通过彩色阈值分割，中值滤波，细化和膨胀过程提取图像的轮廓特征，为后面的立体匹配奠定基础；利用FusielloA算法对图像进行极线校正，以此减小立体匹配的运算量。再次，对SIFT特征提取及匹配进行研究。阐述了多尺度图像技术、图像金字塔及尺度空间生成技术，给出了SIFT算法的完整实现步骤，并按步骤进行实验，得到了完整的实验结果。最后，研究了基于轮廓特征的深度图像获取的算法。给出了视差测量原理，建立深

3、度恢复与三维重建的关系，结合前面的实验结果，利用夹角原理进行匹配得到轮廓深度图，并进行线性插值计算，得出三维空间面的深度图像。关键词：摄像机标定；图像预处理；SIFT算法；立体匹配；深度图哈尔滨工程大学硕士学位论文ABSTRACT尸Withthedevelopmentofcomputerscience，thethree．dimensionalreconstructiontechnologyhasbeenappliedextensively．Thethreedimensionalreconstructioncombinesanumbe

4、rofcomputervisiontechnologies．Acompletereconstructionsystemiscomposedofimageacquisition，cameracalibration，imagepreprocessing，stereomatching，reconstruction，andpost—processing．Everystepmentionedaboveiscriticaltothereconstructionresults．Thus，severalcriticaltechnologiesfor

5、threedimensionalreconstructionsareresearchedinthisthesis．Firstly,thecameracalibrationisdiscussedinthisthesis．Variouscameraimagingdistortionsareanalyzed，andacompletecameramodelisgiven．Also，theobject-basedcalibrationmethodisimproved．Settingellipsetemplateasacalibrationob

6、ject，thisthesisdescribesspaceellipseanditsmodelofcenterimaging，calibratesandextractstheellipsecenter．TheTsaicalibrationapproach，basedontheellipsecentercalibration，isgiven，whichusescalibratedellipsecentertocarryontheTsaicalibration．Theexperimentalresultsprovethismethodc

7、ouldfulfillhighercalibrationaccuracy．Moreover,imagepre-processingmethodbasedonstereomatchingisstudied．Theoutlinesofimageareextractedthroughcolorthreshold，medianfiltering，refinementandexpansiontechnologies，inordertosetupthefoundationforsubsequentstereomatchingprocess．Im

8、agesarecorrectedbyFusielloAalgorithm，toreducethecomputationalburdenofstereomatching．Furthermore，bothSIFTfeaturesextra