基于结构光的多视场三维图像采集系统设计

发布时间：2017-10-19 10:03

  本文关键词：基于结构光的多视场三维图像采集系统设计

  更多相关文章： 结构光 三维采集 三维重建 光场三维显示 磁导引控制

【摘要】：视觉是人类获取信息最重要的方式。随着电子信息技术的发展,图像采集和显示技术逐渐成为人类视觉信息获取过程中的重要载体,图像采集和显示技术极大的拓展了人类的视野,使得人们可以看到很多无法直接用肉眼观察的场景,如遥远的星系,微观世界或者穿透表面看到身体的内部。现实的物理世界是三维的,现有的图像采集及显示技术无法表现出三维立体感,三维采集与三维显示可以弥补上述的缺陷,通过先进的技术方式还原出原始的真实场景,使得通过采集和显示技术传递的信息更加真实直观。三维采集和三维显示技术是当前热门的研究领域,三维成像和信息的处理形成一个有机的整体。三维显示技术需要三维采集获取的三维图像作为内容,而三维采集获取的三维图像需要使用三维显示技术才能够准确重现。而三维内窥镜则涵盖了三维技术的多个方面,是未来医疗仪器的发展趋势,研究具有重要意义。论文主要围绕多视场三维内窥镜技术展开研究,首先对结构光原理行了介绍和分析,对相机标定方法进行了研究,在对光场的原理、光场的采集和显示原理进行学习的基础上,研究了多视场的三维重建技术,展示了重建结果,设计了一种全新的多视场三维内窥镜,实现了三维采集和三维显示,并且推出了一种新型的内窥镜磁导引控制方式。论文实现的多视场三维内窥镜系统,包括适应内窥镜的微型结构光设计方案,多相机的内外参数标定,多视场的图像采集和处理,基于SIFT的图像匹配算法,多视稠密点云重构算法和表面重构算法,显示采集的光场图像或重建结果的体三维显示和多视光场显示的硬件和软件设计,以及整套的内窥镜磁导引控制系统的设计与制作。论文所设计的整套系统在动物实验中取得了较为满意的结果,从多视场的图像获取到较好的三维重建的效果,控制系统的可操控性达到预期的目标,部分条件已经满足临床医疗的要求,为今后三维内窥镜的临床实验和VR手术奠定了一定的基础,推动了三维内窥镜的发展和医疗器械技术的进步。
【关键词】：结构光 三维采集 三维重建 光场三维显示 磁导引控制
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 内窥镜的现状11-12
• 1.2 当前内窥镜的技术和限制12-14
• 1.3 传统内窥镜的测量方式14-15
• 1.4 本文的结构15-16
• 第二章 结构光三维成像系统定标及基本原理16-24
• 2.1 相机及投影仪光学模型16
• 2.2 投影仪系统标定算法16-18
• 2.2.1 投影仪的亮度定标16-17
• 2.2.2 投影仪的几何标定17-18
• 2.3 结构光三维成像基本原理18-19
• 2.4 结构光三维成像技术分类19-22
• 2.4.1 时空编码19-21
• 2.4.2 单幅空间编码21-22
• 2.5 适合内窥镜的结构光设计方案22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 光场原理与相机标定24-37
• 3.1 光场的概念及其采集与重构25-31
• 3.1.1 光场的基本概念及表示方法25-27
• 3.1.2 光场与图像采集27-31
• 3.2 相机模型与标定31-36
• 3.2.1 相机的光学模型31-33
• 3.2.2 相机的标定33-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 三维重建37-60
• 4.1 系统整体框架37-38
• 4.2 内窥镜重建预处理38-39
• 4.3 特征抽取及匹配39-45
• 4.3.1 FAST特征检测方法40-41
• 4.3.2 FAST算法决策树生成41
• 4.3.3 非极大值抑制41-42
• 4.3.4 SIFT特征检测方法42
• 4.3.5 多尺度DOG算子进行特征点检测42-43
• 4.3.6 计算梯度并提取特征描述向量43-44
• 4.3.7 特征点匹配44-45
• 4.4 三维稀疏点云重构45-49
• 4.4.1 初始化三维结构45-47
• 4.4.2 捆绑调整47-49
• 4.5 多视匹配及点云网格化49-57
• 4.5.1 稠密点云重构50-53
• 4.5.2 PMVS算法的改进53-54
• 4.5.3 三维点云网格化54-57
• 4.6 多视三维表面重构结果57-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第五章 三维显示技术60-75
• 5.1 体三维显示技术60-64
• 5.1.1 体三维显示技术原理61-62
• 5.1.2 体三维显示硬件系统62-63
• 5.1.3 体三维显示中的问题63-64
• 5.2 多视光场显示技术64-74
• 5.2.1 多视光场三维显示成像模型65-67
• 5.2.2 基于采集光场图像计算投影图像67-68
• 5.2.3 基于场景渲染的投影图像生成算法68-71
• 5.2.4 系统硬件实现71-73
• 5.2.5 图像的标定和校正73-74
• 5.2.6 系统的软件系统74
• 5.3 本章小结74-75
• 第六章 内窥镜的磁导引系统设计75-85
• 6.1 系统设计75-76
• 6.2 有限元分析76-79
• 6.2.1 用虚功法计算磁力76-77
• 6.2.2 使用Maxwell仿真77-79
• 6.3 控制系统分析79-82
• 6.3.1 控制系统设计79-80
• 6.3.2 PID控制原理80
• 6.3.3 模糊自适应PID控制80-82
• 6.4 实验和分析82-84
• 6.5 本章小结84-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 7.1 论文总结85-86
• 7.2 工作展望86-87
• 参考文献87-93
• 致谢93-94
• 在学期间发表的学术论文及其他科研成果94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王宇超;杨旭波;曾亮;;一种新的不可见结构光算法[J];微计算机信息;2009年26期

2 瞿丹;周莉萍;徐龙;陈良洲;干江红;;一种新型近似无衍射栅型结构光及其实现方法[J];光电工程;2010年09期

3 高黎黎;卢韶芳;张启勃;;结构光编码的动态程序设计[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2011年05期

4 邵健,李德华,胡汉平;一种新的结构光定标方法[J];计算机与数字工程;2002年02期

5 胡斌,李德华,金刚,胡汉平;基于方向模板的结构光条纹中心检测方法[J];计算机工程与应用;2002年11期

6 郝丽俊;程胜;杨荣骞;陈亚珠;;投影结构光空间位置和形状的标定方法研究[J];光电子.激光;2007年07期

7 许丽;曾丹;张之江;;结构光测量系统误差分析[J];光电工程;2008年10期

8 王伟华;孙军华;刘震;张广军;;钢轨磨耗动态测量结构光条纹中心提取算法[J];激光与红外;2010年01期

9 胡恢军;喻擎苍;史明强;鲁正;;符号M阵列面结构光窗口匹配方法研究[J];工业控制计算机;2011年07期

10 梅天灿;仲思东;何对燕;;可变环境光照条件下的结构光条纹检测[J];仪器仪表学报;2011年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李春艳;范生宏;王立;卢欣;陈继华;;月球车结构光视觉系统标定方法研究[A];第二十三届全国空间探测学术交流会论文摘要集[C];2010年

2 陶俊;;基于投影器和结构光的人脸曲面三维重建[A];第十三届全国图象图形学学术会议论文集[C];2006年

3 孙勇;李原;王庆林;陈辉;;基于主动投影的结构光视觉系统的标定[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

4 崔海华;王震;廖文和;戴宁;程筱胜;;一种新的基于结构光的三维测量模型[A];中国几何设计与计算新进展2007——第三届中国几何设计与计算大会论文集[C];2007年

5 卢鹏;刘小英;张武昕;;三维重建结构光边缘提取的方法[A];中国仪器仪表学会第九届青年学术会议论文集[C];2007年

6 史玉升;李中伟;钟凯;王从军;;基于数字光栅投影的结构光三维测量技术[A];2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛——装备制造产业发展论坛论文集（下）[C];2009年

7 史玉升;李中伟;钟凯;王从军;;基于数字光栅投影的结构光三维测量技术[A];科技支撑 科学发展——2009年促进中部崛起专家论坛暨第五届湖北科技论坛文集[C];2009年

8 孙良海;杨运强;黄洪昌;李杰;;激光结构光焊缝跟踪高效图像处理算法的研究[A];机械动力学理论及其应用[C];2011年

9 陶俊;;基于结构光的三维曲面建模及其纹理自动绘制[A];几何设计与计算的新进展[C];2005年

10 宋明;张云峰;;用简单的结构光测量高速车体的限界[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 张万祯;数字投影结构光三维测量方法研究[D];浙江大学;2015年

2 丛鹏宇;基于结构光的三维感知系统关键问题研究[D];北京理工大学;2015年

3 唐苏明;三维曲面测量的编码结构光技术研究[D];上海大学;2015年

4 李冠楠;直齿圆柱齿轮渐开线齿廓的结构光视觉测量技术[D];吉林大学;2014年

5 陈建玲;结构光照明超分辨微分干涉相衬显微成像技术[D];华中科技大学;2013年

6 范剑英;结构光深度图像获取和处理与三维重建研究[D];哈尔滨理工大学;2010年

7 李中伟;基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究[D];华中科技大学;2009年

8 喻擎苍;基于符号M阵列二值结构光的三维检测方法的研究[D];浙江大学;2007年

9 李彩林;基于结构光的手持式摄影扫描系统关键技术研究[D];武汉大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭敬;基于结构光和NRSFM的三维数字化技术研究[D];陕西科技大学;2015年

2 吴琳琳;基于结构光投影法的空间障碍物探测方法研究[D];西安工业大学;2015年

3 刘芳芳;基于伪随机编码结构光的三维重建技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 俞宝清;基于双目结构光的快速三维成像系统研究[D];浙江大学;2015年

5 赵必玉;高精度面结构光三维测量方法研究[D];电子科技大学;2015年

6 程伟;基于结构光视觉的番茄果实识别定位系统设计[D];浙江工业大学;2014年

7 刘欢;实时彩色三维建模技术研究[D];电子科技大学;2015年

8 高山;基于相位编码结构光的深度获取研究[D];西安电子科技大学;2014年

9 丁洵;基于线结构光的单目视觉目标位姿测量研究[D];湖南科技大学;2015年

10 盛佳伟;大锻件在线测量系统中的三维重构研究[D];东华大学;2016年

，

本文编号：1060460