当前位置:主页 > 科技论文 > 软件论文 >

基于单目图像序列的场景稠密三维重建技术研究

发布时间:2018-11-10 12:06
【摘要】:基于图像序列的场景三维重建技术是计算机视觉领域中的一个重要研究课题。它用目标的二维图像序列和摄像机内外参数来恢复物体的三维信息。与传统的利用激光三维扫描或建模软件得到三维模型的方法相比,基于图像序列的三维重建方法具有重建约束限制条件少、自动化程度高、成本低、适宜对大尺度场景进行重建的优点。因此,该方法在逆向工程、机器人定位与导航、虚拟现实、增强现实、增强虚拟环境以及军事等领域具有广阔的应用前景。然而长期实践表明,基于图像序列的三维重建方法面临着诸多难题,如摄像机外参标定技术的算法复杂且准确度不高,无法对摄像机位姿提供精确的估计,不准确的特征匹配导致得不到精确的三维信息。图像特征点检测与匹配算法,面对非合作环境,难以在弱纹理或纹理重复区域检测和匹配可靠的特征点对,致使点云和曲面层次上的重构都出现较大的失真,重建目标表面出现空洞现象严重,这成为突出的技术性障碍。此外,在图像特征匹配过程中的特征点匹配对数与运算速度也很难兼顾。本文针对上述问题展开了研究,主要贡献有:(1)设计了一种基于运动法的摄像机位姿跟踪算法,采用SIFT算法进行图像特征点的检测与匹配,运用基于RANSAC框架的五点算法估计两视图下摄像机的相对位姿,采用基于RANSAC框架的透视N点法进行多视图位姿跟踪,有效提高了位姿估计精度。(2)提出了一种基于光流反馈的稠密三维重建方法,能够实现对场景准确、快速的三维立体化建模。采用TV-L1光流算法建立更加稳健的同名像点匹配关系,对得到的稠密匹配点进行采样,进而构建稀疏点云和初始网格。从运动视觉分析的角度寻求多视重构的求解方法,将重建模型反馈至重建过程,用各视图像的偏差驱动模型变形。将粗糙的、不准确的原始网格曲面经过致密的非刚性变形,调整为精确的曲面。(3)在统一设备架构下,利用图形处理器(GPU)对重建算法中的光流匹配、合成图像、网格调整等部分进行并行加速,显著提高了重构算法的实时性。本文针对三维重建中的外参求解精度、特征匹配准确度、三维重建的稠密性、重建算法的实时性等问题,提出了有效的解决方案。室内真实场景下的重建结果证明了所提算法的可行性和准确性。
[Abstract]:Scene 3D reconstruction based on image sequence is an important research topic in the field of computer vision. It uses the object's two-dimensional image sequence and the camera's inside and outside parameters to restore the object's three-dimensional information. Compared with the traditional method of obtaining 3D model by laser scanning or modeling software, 3D reconstruction method based on image sequence has fewer constraints, higher automation and lower cost. It is suitable for large scale scene reconstruction. Therefore, this method has a broad application prospect in reverse engineering, robot positioning and navigation, virtual reality, enhanced virtual environment, military and other fields. However, long-term practice shows that the 3D reconstruction method based on image sequence faces many difficulties, such as the complexity and inaccuracy of camera external parameter calibration technology, which can not provide accurate estimation of camera pose. Inaccurate feature matching results in the lack of accurate 3D information. In the face of non-cooperative environment, it is difficult to detect and match reliable feature point pairs in weak texture or texture repeat regions in image feature point detection and matching algorithm, which results in a large distortion of point cloud and surface level reconstruction. The appearance of void on the surface of the reconstructed target is serious, which becomes a prominent technical obstacle. In addition, it is difficult to match logarithm and operation speed of feature points in the process of image feature matching. The main contributions of this paper are as follows: (1) A camera pose tracking algorithm based on motion method is designed. SIFT algorithm is used to detect and match the image feature points. The five-point algorithm based on RANSAC framework is used to estimate the relative pose of the camera in two views, and the perspective N-point method based on RANSAC framework is used to track the position and pose of multi-view. The accuracy of pose estimation is improved effectively. (2) A dense 3D reconstruction method based on optical flow feedback is proposed, which can realize accurate and fast 3D 3D modeling. The TV-L1 optical flow algorithm is used to establish a more robust matching relation of the image points with the same name. The dense matching points are sampled and the sparse point clouds and initial grids are constructed. From the point of view of motion vision analysis, the solution of multi-view reconstruction is sought, and the reconstruction model is fed back to the reconstruction process, and the model deformation is driven by the deviation of each visual image. The rough and inaccurate original mesh surface is adjusted to the precise surface through dense non-rigid deformation. (3) under the unified equipment architecture, the (GPU) is used to match the optical flow in the reconstruction algorithm, and the image is synthesized. Grid adjustment and other parts of the parallel acceleration, significantly improve the real-time reconstruction algorithm. In this paper, an effective solution is proposed to solve the problems such as the precision of extrinsic parameter solution, the accuracy of feature matching, the density of 3D reconstruction and the real-time performance of reconstruction algorithm. The results of indoor real scene reconstruction prove the feasibility and accuracy of the proposed algorithm.
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP391.41

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 汪亚明;基于计算机图像序列的人体步态参数的快速获取方法[J];电子技术应用;2000年08期

2 汪亚明,汪元美,楼正国;单目人体图像序列的运动及结构参数估计[J];软件学报;2001年11期

3 钟伟,余松煜,芮雨;图像序列处理中的形态分割方法[J];上海交通大学学报;2001年09期

4 汪亚明,赵匀;基于动态图像序列的下肢运动参数测量[J];计算机自动测量与控制;2002年09期

5 曹立;基于模型的运动表示用于图像序列的处理[J];计算机工程与应用;2003年27期

6 成卫;苟光磊;闫河;;一种实现医学数字图像序列高速存取的实用方法[J];重庆工学院学报;2005年11期

7 任勇,成卫;医学数字图像序列高速存取的实用方法[J];重庆大学学报(自然科学版);2005年03期

8 雷晓春;江泽涛;赵荣椿;黎明;马万里;;基于图像序列的射影重构[J];计算机应用研究;2007年02期

9 张爱华;王亮;;基于时变图像序列的脉搏信息提取[J];仪器仪表学报;2007年05期

10 邹谋炎;刘艳;曹瑛;卢晓鹏;杜坤;;一种新的图像序列失真模型:动态偏移场模型[J];电子与信息学报;2008年09期

相关会议论文 前10条

1 徐晗路;李晓峰;;基于图像序列中微弱运动目标的检测[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年

2 李林;纪仲秋;;如何消除运动图像序列的上下抖动[A];第十六届全国运动生物力学学术交流大会(CABS 2013)论文集[C];2013年

3 姜翰青;章国锋;董子龙;华炜;刘新国;鲍虎军;;基于图像序列的交互式快速建模系统[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年

4 魏交统;陈平;潘晋孝;;一种变能量DR图像序列融合的图像选择方法[A];第十三届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2013年

5 潘永泉;;基于神经网络的图像序列参数估计方法[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年

6 谢志宏;魏磊;孟祥伟;汪熙;;一种基于图像序列的结构化道路识别算法[A];第六届全国信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2012年

7 于俊伟;薛文芳;常红星;;基于计算机视觉的航天器图像序列仿真[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

8 侯志强;张群;;图像序列分析中一种有效的背景重构算法[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(1)[C];2008年

9 陈曦;韩金芬;刘绍从;尚为;张少茹;;基于运动图像序列的烟花爆竹炸点目标飞行的检测[A];2006中国控制与决策学术年会论文集[C];2006年

10 赵荣椿;王兵;蒋晓悦;;基于图像序列的运动估计[A];全国第一届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2006年

相关博士学位论文 前10条

1 魏交统;基于变电压图像序列盲分离的X射线多谱CT成像[D];中北大学;2016年

2 周宁;复杂图像序列中微弱运动目标检测技术研究[D];电子科技大学;2009年

3 贺礼;联合弹性特性的乳腺超声图像序列诊断分析[D];中国科学技术大学;2009年

4 陈昌红;动态图像序列建模与分类及其在人体运动分析中的应用[D];西安电子科技大学;2009年

5 孙春凤;基于并行处理的高速图像序列运动目标检测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

6 李谦;基于低秩稀疏的图像序列增强技术研究[D];中国科学技术大学;2015年

7 吴婧;桌面图像序列编码方法的研究[D];浙江大学;2009年

8 李鹏;低帧频图像序列目标提取关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

9 潘宁;胶囊内镜图像序列冗余数据筛查方法研究[D];华中科技大学;2013年

10 郑世友;动态场景图像序列中运动目标检测与跟踪[D];东南大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 李聪;图像序列三维重建方法研究与实现[D];清华大学;2014年

2 胡晓星;基于图像序列的中国古建筑快速三维重建[D];西安工业大学;2015年

3 张宇哲;基于图像序列的生理信号检测[D];北京理工大学;2015年

4 毛海群;基于IVUS图像序列的关键帧提取及临床应用研究[D];南方医科大学;2015年

5 周东;一种基于图像序列的自动化3D模型重建系统[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 吴冬晖;基于图像序列的融合方法研究[D];南昌航空大学;2015年

7 阚保柱;基于RTCam高精度s因子求解的研究[D];西安电子科技大学;2014年

8 廖谦;极光图像序列事件检测研究[D];西安电子科技大学;2014年

9 郑焕彰;医学图像序列中腹腔主动脉瘤分割研究[D];浙江工业大学;2015年

10 王立欣;血管内超声图像序列自动检索系统的设计与实现[D];华北电力大学;2015年



本文编号:2322428

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/ruanjiangongchenglunwen/2322428.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户4acad***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com