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1、第17卷第11期计算机辅助设计与图形学学报Vol117,No1112005年11月JOURNALOFCOMPUTER2AIDEDDESIGN&COMPUTERGRAPHICSNov1,2005光度立体三维重建算法陈宇峰谭文静王海涛王阳生(中国科学院自动化研究所高科技创新中心北京100080)(yufeng1chen@ia1ac1cn)摘要提出一种三维表面重建方法,以便快速准确地获得三维模型1首先获取控制光照和视角条件下的3幅图像,采用光度立体视觉的方法计算表面法向量,并在基于高度的全局优化和局部特征保持的基础上,通过
2、金字塔式多尺度逼近,由表面法向量恢复三维表面信息1实验表明,这是一种简易快速的三维重建算法,在游戏三维建模、交互式动画等方面有着广泛的应用1关键词三维重建;表面法向量;计算机视觉中图法分类号TP24216PhotometricStereo3DReconstructionandApplicationChenYufengTanWenjingWangHaitaoWangYangsheng(HITICInnovationCenter,InstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences
3、,Beijing100080)AbstractAnew3Dreconstructionmethodisproposed.Atfirst,3imagesunderthegivenlightingandview2anglesareacquired,thenthesurfacenormaliscomputedbyphotometricstereotechnique,andfinallythesurfaceisrecoveredbyoptimizingboththelocalandglobalconstraintsthrou
4、ghapyramidapproach.Theexperimentsshowthattheproposedmethodiscomputationalefficientandaccurateenoughforsuchapplica2tionsasanimationmodeling,interactivegames.Keywordssurfacereconstruction;surfacenormal;computervision通常是既复杂又昂贵12)间接重建深度的方法1通0引言过景物在光照下所成的图像测量各种参数来估计
5、距离,有些方法可以同时求得表面反射率等参数1通人类从外界获得的信息的80%来自视觉1计算过多幅图像的对应点的关系来恢复形状,如立体视[3][4][5][6]机视觉研究的发展开始于20世纪60年代初,在基觉法,光流法,纹理法和焦距法等1本研究方面取得显著进展是在20世纪70年代末至立体视觉是传统经典的视觉重建方法,它的重20世纪80年代1这主要归功于Marr的视觉计算理建过程通过图像间的匹配、摄像机标定、摄像机运动[1]论的推动,其理论的核心是从图像恢复物体的三参数的确定、点的三维结构的恢复等算法实现1这维形状1些算法
6、都涉及到多幅图像点的对应关系,即对应点1[7]三维重建是成像系统的逆过程,涵盖了各种应但它存在很多难以解决的问题,包括检测对应点用场合的图像重建1目前已有的非接触式三维重建的问题、对应点匹配的问题、连续性假设问题等1由方法,大体可以分为以下几种:1)直接测量距离的方于摄像机内外参数标定以及立体匹配等过程的不够[2]法1如时间速度测距的技术1通过测量光从目标准确和稳定,再加上烦杂的计算过程,立体视觉难以物体发出到返回传感器的时间来估计距离,但系统满足实际需求1收稿日期:2004-09-16;修回日期:2005-01-1
7、7基金项目:国家“八六三”高技术研究发展计划项目(2003AA114020)11期陈宇峰等:光度立体三维重建算法2409[8]另外一种是从阴影恢复形状法,它主要利用图单幅图像恢复表面法向量的方法大都是依赖于像明暗的变化来恢复物体形状的信息1假设表面反射一些约束条件求解方程,但是实际上解的存在性和系数已知等约束,通过图像中每个像素点来计算相对惟一性是很难从理论上得到保证的,求得的解往往[11]应的场景表面法向量;这样可以避免对应点的检测和是偏离正解的1Zhang等比较了多种SFS(Shape匹配问题,但是需要严格控制场
8、景的光照条件1FromShading)方法,得出单幅图像重建方法给出的本文采用基于光度立体视觉的方法,简化了系重建结果很差的结论,建议采用多幅图像改善重建统的实现,并提出一种快速准确的金字塔表面重建效果1算法,可以实现表面模型的准确、快速的重建1由多幅图像重建三维场景形状信息的方法称为[12213]光度立体视觉法1此方法利用在同一视点不同1基于
