旋转体三维重建方法研究

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1、第!"卷第"#期武汉大学学报!信息科学版;(<=!">(="##$$%年"#月&’()*+,-.*/01/2(3)*+,(/4-,’/-’(2567*/8/,9’3.,+:?’-=#$$%文章编号""%C"@AA%$$#$$%%"#@"$BC@$B文献标志码"E旋转体三维重建方法研究郑顺义"&#!"B!徐!刚!张祖勋!张虎龙$"!武汉大学遥感信息工程学院&武汉市珞喻路"#F号&B!$$CF%$#!辽宁工程技术大学地理空间信息技术与应用实验室&阜新市中华路BC号&"#!$$$%$!!立命馆大学理工学部情报学科&日本滋贺县草津市野路东"

2、@"@"&D#$$C#%$B!中国飞行试验研究院测试所&西安市阎良区C!信箱&C"$$AF%摘!要"提出了一种新的旋转体三维重建方法#在该方法的实现过程中&首先利用旋转平台获取了旋转体的影像&然后基于物方的空间圆重建方法精确测量旋转体的上口&从而得到旋转体的旋转轴&再根据影像的方位元素对影像进行纠正&使得旋转体的轮廓线在影像上的成像左右对称&最后直接用纠正后的影像精确计算旋转体的形状#在理论上讲&利用一张影像就可以实现旋转体的三维重建&但在本文中使用了多张照片&主要是为了获取整个旋转体的纹理#对实际的旋转体进行三维重建&结果证明该方

3、法是有效的#关键词"旋转体’三维重建’经线’纬线’轮廓线中图法分类号"G#!B!!的旋转体重建方法&速度很慢且精度不高#文献)B&D*也提出了一些方法&但这些方法只能得到旋!!旋转体转体的一个相似模型&没有实现旋转体的绝对测量与重建#本文方法可以认为是这些方法的一个旋转体的三维重建在文物保护(考古(工业测扩展#量等方面具有重要的意义#如古文物中有许多瓷器(铜器(铁器等都是旋转体&这些文物非常容易"!旋转体重建原理破碎或被锈蚀&因此&需要对其进行三维测量和重建&用最新的数字信息技术来记录这些三维模型&"=!!旋转体成像的对称特性然后可

4、以存档或在网上发布#在工业测量中&有可以通过将一个平面曲线;绕一个轴旋转许多工业零件都是旋转体或由旋转体组成&如圆得到一个旋转体/的表面&如图"所示&该旋转轴柱(圆台(圆锥等&常常需要对这些零件的生产尺与平面曲线;在同一个平面内#经过/上的任寸进行检测#上述情况中都涉及到旋转体的三维意一点.&存在一条经线&该经线与旋转到对应位重建&因此&研究旋转体的精确三维重建意义重置时的平面曲线;重合&经过该点还存在一条纬大#线&它是通过.且圆心在旋转轴上的一个圆#经)B*对于旋转体的三维重建&传统的视觉测量方过同一点的经线与纬线互相垂直#法难以

5、实现#如传统的摄影测量技术利用相机中如图#&旋转体/的轮廓线/由旋转体/上心(像点(物点三点共线的条件对物体进行三维测的一组与光线相切的点@组成#轮廓线/在影)"&#*量和重建&该项技术已经相当成熟#但对于像上的成像O由@在影像上的成像组成#轮廓旋转体及其影像&常常很难确定点与点之间的对线/由相机中心和旋转体的相对位置惟一确定#应&因此&需要研究新的方法来实现旋转体的三维轮廓线/在影像上的成像O可由像平面与到轮重建#文献)!*提出了一种基于八叉树和侧轮廓廓线的光线相交得到#一般地&在透视投影中&轮收稿日期"#$$%@$A@#%#项目

6、来源"辽宁工程技术大学地理空间信息技术与应用实验室开发基金资助项目$#$$B$"$%#"$BA武汉大学学报!信息科学版#$$%年"#月式中#2W"由该式可以计算深度(CU$$#$#"%ND2"&*’$&*’"&!’2"&*’#2!&*’=&*’式中#2&*’*2&*’为向量2&*’的第一和第三个分"!量"将轮廓线表示为齐次坐标#有(NDCP&*’=&*’’)NDCP&*’C&*’/-&*’"&B’图"!经线与纬线ND’-&*’/K,="!T’3,0,*/Z639’*/0^*+,+60’Z639’CP&*’#’-&*’(/*式中#’

7、&*’U&P=&*’C&*’VCP&*’=&*’’=&*’"廓线/是一条空间曲线"/-利用式&B’计算出的轮廓线#可以很容易地得在透视投影中#如果相机主光轴指向旋转体到旋转体的三维形状"的旋转轴#则旋转体的轮廓线在影像上的成像就会左右对称"与文献$"%利用旋转轴与灭点定义的平面透视变换来纠正影像不同#本文通过旋转#!算法与实现体成像的对称特性定义一个平面透视变换来纠正#=!!影像获取影像"利用旋转平台来获取旋转体的影像#如图!"!"!旋转体轮廓线的参数化所示"该旋转平台由一个平面格网板和能够驱动定义旋转体’&*#+’U$@&*’-(

8、.+#A&*’#@&*’平板旋转的步进电机组成#可以由计算机控制旋W由旋转体上的一条经线(U$@&*’#A&*’#.,/+%转平台旋转#另外还有一个由计算机控制的ZZ?W绕A轴旋转得到#定义相机中心的坐标为)U$%相机获取黑白影像"首