基于三维重建的超高分辨率壁画快速数字化技术研究

发布时间：2017-09-18 02:43

  本文关键词：基于三维重建的超高分辨率壁画快速数字化技术研究

  更多相关文章： 三维重建 壁画数字化 图像拼接 特征匹配 渲染

【摘要】：壁画作为人类最古老的绘画形式之一,其丰富多彩的内容,使其成为政治史、文化史等学科的重要研究资料。但由于壁画为不可移动文物,其正在因为风化、风蚀、雨蚀、褪色等病害逐渐老去,甚至出现因倒塌而彻底消亡。图像拼接技术,由于其能够永久的保存壁画信息,现已逐渐应用于壁画的数字化考古研究。然而传统的图像拼接技术在处理壁画图像拼接时,由于图像配准误差等因素,导致得到的完整壁画图像出现线条扭曲、断线等与真实壁画不符的现象。同时,常见的传统二维图像拼接技术,采用计算量巨大的金字塔融合技术。因此传统的二维图像拼接技术运算时间长,但得到的结果却不够理想。针对以上问题,本文提出一种基于三维重建的壁画数字化框架,首次将三维重建技术应用于壁画数字化。本文主要做了以下工作：将三维重建技术成功运用于壁画数字化,并提出一套全新的基于三维重建的壁画快速数字化框架。与传统的壁画拼接相比,基于三维重建的壁画数字化方法将二维问题拓展到三维,引入壁画的三维信息,提高壁画数据的完整性。使得图像配准误差降低,解决了传统图像拼接因配准误差引起的线条扭曲,断线等问题。同时使得壁画数字化效率得到很大提高,也获得了壁画的三维模型。提出一种基于相对位置的SIFT特征快速匹配算法,该算法通过预先估算任意图像之间的相对位置参数,然后对每张原始图像的SIFT特征点建立Quadtree,利用基于Quadtree的搜索策略,从而实现对SIFT特征点的快速匹配。提出一种超高分辨率纹理三维模型快速渲染算法。由于壁画模型庞大,其纹理图像可以达到数百张,该算法提出以纹理作为分块依据的快速渲染算法,解决显卡存储的限制,也提高了渲染速度。以上技术已应用于基于三维重建的壁画快速数字化系统中,经实际应用,本文提出的基于三维重建的壁画数字化方法在提高壁画数字化质量的同时也提高了时间效率。
【关键词】：三维重建 壁画数字化 图像拼接 特征匹配 渲染
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-14
• 1.1.1 文物数字化11-12
• 1.1.2 图像拼接技术现状12-13
• 1.1.3 壁画拼接现状13-14
• 1.2 本文工作14-15
• 1.3 论文结构15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 相关技术综述17-26
• 2.1 图像拼接技术17-21
• 2.1.1 图像配准17-18
• 2.1.2 图像融合18-21
• 2.2 三维重建技术21-25
• 2.2.1 基于SFM方法的三维重建22-24
• 2.2.2 纹理映射24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 基于三维重建的壁画快速数字化技术框架26-36
• 3.1 基于三维重建的壁画快速数字化技术框架26-27
• 3.2 多核Bundle Adjustment相机自标定技术27-30
• 3.2.1 多核Bundle Adjustment相机自标定原理27-29
• 3.2.2 多核Bundle Adjustment相机自标定实验分析29-30
• 3.3 基于马尔科夫随机场的纹理映射技术30-35
• 3.3.1 三角面片图像质量估算31
• 3.3.2 基于马尔科夫随机场的视图选择31-32
• 3.3.3 全局一致性颜色调整32
• 3.3.4 基于Poisson Editing的局部颜色调整32-33
• 3.3.5 基于马尔科夫随机场的纹理映射实验分析33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 基于相对位置的SIFT特征快速匹配算法36-53
• 4.1 SIFT特征36-41
• 4.1.1 构建尺度空间36-38
• 4.1.2 Difference-of-Gaussian尺度空间极值求解38-39
• 4.1.3 特征点筛选39-40
• 4.1.4 特征点描述子构建40-41
• 4.2 基于相对位置的SIFT特征快速匹配算法41-52
• 4.2.1 SIFT特征匹配算法存在的问题41-42
• 4.2.2 基于相对位置的SIFT特征点快速匹配算法42-49
• 4.2.3 基于相对位置的SIFT特征点快速匹配算法实验结果49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第5章 超高分辨率纹理三维模型快速渲染算法53-62
• 5.1 基于OpenGL的三维模型渲染技术53-56
• 5.1.1 OpenGL渲染管线技术54-55
• 5.1.2 基于OpenGL渲染存在的问题55-56
• 5.2 超高分辨率纹理三维模型快速渲染算法56-61
• 5.2.1 复杂三维模型分块渲染算法57-58
• 5.2.2 超高分辨率纹理三维模型快速渲染算法实验结果58-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第6章 基于三维重建的壁画快速数字化系统62-78
• 6.1 基于三维重建的壁画快速数字化系统流程62-63
• 6.2 BigTIFF格式支持63-64
• 6.3 纹理映射优化64-66
• 6.4 实验结果与性能分析66-77
• 6.4.1 壁画特征匹配实验结果66-67
• 6.4.2 壁画三维模型获取实验结果67-72
• 6.4.3 壁画三维模型渲染实验结果72-74
• 6.4.4 基于三维重建的壁画快速数字化系统性能分析74-77
• 6.5 本章小结77-78
• 第7章 总结与期望78-80
• 7.1 本文工作总结78-79
• 7.2 后续工作展望79-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果83-84
• 致谢84

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