基于单目视觉多视图几何的三维点云重建算法研究

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1、分类号学号M201676053学校代码10487密级硕士学位论文基于单目视觉多视图几何的三维点云重建算法研究学位申请人：汪秉诠学科专业：软件工程指导教师：武剑洁副教授答辩日期:2018.12.20AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreefortheMasterofEngineeringResearchon3DPointCloudReconstructionAlgorithmBasedonMonocularVisionMulti-v

2、iewGeometryCandidate:WangBingquanMajor:SoftwareEngineeringSupervisor:Assoc.Prof.WuJianjieHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaDecember,2018华中科技大学硕士学位论文摘要如何利用随手可得的二维图像重建出我们所在的三维世界，一直是计算机视觉领域的热门研究方向。在此基础上研究人员提出了多种重建方法，其中一种方法是在已知相机内参数的前提下，通过多视

3、图几何研究不同视图间存在的关系，利用这种关系对目标的三维点云进行重建。这种重建方法由于其设备的低成本及数据采集的便利性，无论是在实验室研究还是工业落地均有广泛的研究价值与应用场景。为解决如何通过目标的一组多视点图像重建其点云的问题，提出改进的基于尺度不变特征变换的特征提取和匹配算法，在基于欧式距离与比率验证的特征匹配算法基础上，通过基于余弦相似度的反向验证对其匹配结果进行进一步过滤与提纯。为解决基于尺度不变特征变换的特征提取在进行重建时具有较多干扰点的问题，提出基于深度学习的改进的特征提取算法，利用空间点所对应的二维点

4、对网络进行训练增加中心目标区域的特征点占比，以提高重建质量。在改进的特征提取与匹配基础上，通过计算匹配视图间存在的外极几何约束关系对相机位姿进行恢复，进而结合三角测量完成三维空间点的重建。最后对此重建结果进行处理，利用光束法进行误差最小化得到精确的重建结果。为验证算法性能，使用牛津大学视觉组在线三维数据集等进行了实验。实验通过对比特征提取与匹配结果，特征点在中心目标区域占比对改进的特征提取与匹配算法性能进行验证。通过重建误差结合特征点与重建点占比对重建质量进行分析。实验显示算法进一步减少了错误匹配数，并获得了质量更好的

5、重建结果。关键词：三维重建单目视觉多视图几何深度学习I华中科技大学硕士学位论文AbstractHowtoreconstructtheworldwith2Dimagesisalwaysahottopicinthefieldofcomputervision.Therearemanywaystoreconstructbasedonmonocularvision.Oneofthemethodsistostudytherelationshipbetweendifferentviewsthroughmulti-viewgeomet

6、ryunderthepremiseofknowingtheparametersinthecamera,andusethisrelationshiptocompletereconstruction.Thisreconstructionmethodhasextensiveresearchvalueandapplicationscenariosbothinlaboratoryresearchandindustriallandingduetotheeasyaccessibilityofitsequipmentandthecon

7、venienceofdatacollection.Inordertosolvetheproblemofhowtoreconstructthepointcloudfromasetofmulti-viewimagesofthetarget,animprovedfeatureextractionandmatchingalgorithmbasedonscale-invariantfeaturetransformisproposed.BasedonthefeaturematchingalgorithmbasedonEuclide

8、andistanceandratioverification,Thereverseverificationofthecosinesimilarityfurtherfiltersandpurifiesthematchingresult.Inordertosolvetheproblemthatfeatureextractionbase