基于视点规划的自动三维重建关键技术研究
发布时间：2021-01-24 04:23
基于相位辅助的三维测量由于其测量速度快、精度高等特点被广泛应用于诸多领域。随着应用需求和技术的发展,三维数字化呈现自动化的发展趋势,如何自动、快速的获得三维模型是近年来研究的重点。在进行三维测量时,由于传感器视场有限,需要多次测量,才能得到全部三维数据,目前依靠人工操作不可避免的带来重复测量、遗漏测量等问题。为了全方位一次性测量或者自动测量,视点规划具有重要的意义,因此本论文主要围绕自动三维重建中的视点规划关键技术展开研究,主要内容总结如下:阐述了在三维重建过程中三维传感器的成像约束条件,并通过建立数学模型,估算系统的测量空间大小。针对已知物体模型,提出了一种视点规划方法,主要思想是三维传感器满足相应的约束条件后每次覆盖未知点云的数量最多,以尽可能少的视点数量,完成整个模型的覆盖。为一次性测量整个物体或自动测量提供了指导作用,并减少了人工劳动强度,提升了工作效率。针对未知模型提出了一种视点规划方法,先通过深度相机快速得到待测物体的低精度数字化模型,然后基于视点规划算法对低精度数字化模型中的点云数据进行视点规划,分别计算出三维传感器需要对待扫描物体进行三维扫描时的多个视点位置和视线方向。...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
手眼标定坐标系变换关系
基于视点规划的自动三维重建关键技术研究122.3.2相位展开通常被物体表面高度调制的相位会超过一个周期，为了避免使用折叠相位造成歧义性，只有确定了该点的折叠级次k，才能得到该点的绝对相位，这个过程称为相位展开。为了得到准确的折叠相位级次，目前的相位展开算法主要可分为两大类：空间相位展开与时间相位展开[41]。空间相位展开算法是利用单幅折叠位相图上的相邻像素点的位相关系进行展开，展开过程中如果物体表面不连续（凸起或凹陷），相位级次很容易被计算错误，并且会导致该级次之后的相位展开都发生错误。时间相位展开利用多幅不同频率的条纹图在独立的时间维度上进行相位展开，避免了相位展开的误差传递。经典的时间相位展开算法有：变频条纹序列[42]、频率外差法[43]和格雷码相位展开法[44]。本小节主要详细介绍格雷码相位展开方法。格雷码最开始是在1940由FrankGray年提出来的，这种编码方式其相邻的编码之间只有一位数不同，能够大大减少状态变换时的逻辑混淆问题，提高了抗噪性、稳定性。每个条纹周期都对应一个格雷码的码值，格雷码的码值确定了折叠相位的级次，而确定折叠级次后则可得到展开后的绝对相位。而实际采集到的图案受到环境光、噪声干扰等影响，格雷码图像在“0”“1”边界处会出现误码，导致部分级次计算错误。而为解决在边界处出现误码这一问题，发展的互补型格雷码弥补了这一缺陷，再多投一帧格雷码图案[45]，对两种编码结果产生互补，如图2-3所示，利用这种方式有效的解决了误码问题。图2-4是基于互补型格雷码得到的绝对相位。图2-3互补型格雷码
基于视点规划的自动三维重建关键技术研究18Camera_LeftCamera_Right(a)单个相机景深(b)双目景深图3-5单、双目相机景深（4）投影仪约束本文基于条纹结构光的双目立体视觉，需要利用数字投影仪（DLP）投射正弦条纹。一般投影仪透射比较大，但是景深却比较校如图3-6所示，双目相机与投影的位置关系示意图如下：图3-6投影仪约束双目可视区域示意图（5）遮挡约束遮挡约束通常分为两种情况：一种是相机和物体之间存在其他阻碍物，相机无法清晰的拍摄到物体；另一种是物体自身的某些部分不规则，存在遮挡，致使相机无法拍摄到。
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动3维重构中确定下一最优视点的方法研究[J]. 姚兴田,吴亮亮,马永林,张磊. 江西师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]基于两轴数控转台的多视测量数据拼合[J]. 冯杭,张丽艳,王兴,王宏涛. 机械科学与技术. 2012(02)
[3]双目视觉的立体标定方法[J]. 刘俸材,谢明红,王伟. 计算机工程与设计. 2011(04)
[4]面向未知物体自动测量和重建的视点规划方法[J]. 何炳蔚,周小龙. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(08)
[5]两轴转台结构光三维扫描仪及多视自动拼合[J]. 胡民政,陈晓波,习俊通. 测试技术学报. 2010(02)
[6]敦煌学数字化研究综述[J]. 韩春平. 敦煌学辑刊. 2009(04)
[7]基于可视空间的未知三维物体自动建模视点规划方法研究[J]. 何炳蔚,周小龙. 仪器仪表学报. 2009(07)
[8]基于互补型光栅编码的相位展开[J]. 孙学真,苏显渝,邹小平. 光学学报. 2008(10)
[9]一种具有自终止特性的视点规划方法[J]. 何炳蔚. 中国图象图形学报. 2006(12)
[10]广义条纹图序列编码的相位重建[J]. 彭翔,韦林彬,邱文杰,田劲东. 光学学报. 2006(08)
硕士论文
[1]实时彩色三维建模技术研究[D]. 刘欢.电子科技大学 2015
[2]大锻件测量系统中摄像机布局优化及标定技术[D]. 李明星.大连理工大学 2014
[3]多分辨深度图像重建算法与软件实现[D]. 韦林彬.天津大学 2006
本文编号：2996564
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
手眼标定坐标系变换关系
基于视点规划的自动三维重建关键技术研究122.3.2相位展开通常被物体表面高度调制的相位会超过一个周期，为了避免使用折叠相位造成歧义性，只有确定了该点的折叠级次k，才能得到该点的绝对相位，这个过程称为相位展开。为了得到准确的折叠相位级次，目前的相位展开算法主要可分为两大类：空间相位展开与时间相位展开[41]。空间相位展开算法是利用单幅折叠位相图上的相邻像素点的位相关系进行展开，展开过程中如果物体表面不连续（凸起或凹陷），相位级次很容易被计算错误，并且会导致该级次之后的相位展开都发生错误。时间相位展开利用多幅不同频率的条纹图在独立的时间维度上进行相位展开，避免了相位展开的误差传递。经典的时间相位展开算法有：变频条纹序列[42]、频率外差法[43]和格雷码相位展开法[44]。本小节主要详细介绍格雷码相位展开方法。格雷码最开始是在1940由FrankGray年提出来的，这种编码方式其相邻的编码之间只有一位数不同，能够大大减少状态变换时的逻辑混淆问题，提高了抗噪性、稳定性。每个条纹周期都对应一个格雷码的码值，格雷码的码值确定了折叠相位的级次，而确定折叠级次后则可得到展开后的绝对相位。而实际采集到的图案受到环境光、噪声干扰等影响，格雷码图像在“0”“1”边界处会出现误码，导致部分级次计算错误。而为解决在边界处出现误码这一问题，发展的互补型格雷码弥补了这一缺陷，再多投一帧格雷码图案[45]，对两种编码结果产生互补，如图2-3所示，利用这种方式有效的解决了误码问题。图2-4是基于互补型格雷码得到的绝对相位。图2-3互补型格雷码
基于视点规划的自动三维重建关键技术研究18Camera_LeftCamera_Right(a)单个相机景深(b)双目景深图3-5单、双目相机景深（4）投影仪约束本文基于条纹结构光的双目立体视觉，需要利用数字投影仪（DLP）投射正弦条纹。一般投影仪透射比较大，但是景深却比较校如图3-6所示，双目相机与投影的位置关系示意图如下：图3-6投影仪约束双目可视区域示意图（5）遮挡约束遮挡约束通常分为两种情况：一种是相机和物体之间存在其他阻碍物，相机无法清晰的拍摄到物体；另一种是物体自身的某些部分不规则，存在遮挡，致使相机无法拍摄到。
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动3维重构中确定下一最优视点的方法研究[J]. 姚兴田,吴亮亮,马永林,张磊. 江西师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]基于两轴数控转台的多视测量数据拼合[J]. 冯杭,张丽艳,王兴,王宏涛. 机械科学与技术. 2012(02)
[3]双目视觉的立体标定方法[J]. 刘俸材,谢明红,王伟. 计算机工程与设计. 2011(04)
[4]面向未知物体自动测量和重建的视点规划方法[J]. 何炳蔚,周小龙. 计算机辅助设计与图形学学报. 2010(08)
[5]两轴转台结构光三维扫描仪及多视自动拼合[J]. 胡民政,陈晓波,习俊通. 测试技术学报. 2010(02)
[6]敦煌学数字化研究综述[J]. 韩春平. 敦煌学辑刊. 2009(04)
[7]基于可视空间的未知三维物体自动建模视点规划方法研究[J]. 何炳蔚,周小龙. 仪器仪表学报. 2009(07)
[8]基于互补型光栅编码的相位展开[J]. 孙学真,苏显渝,邹小平. 光学学报. 2008(10)
[9]一种具有自终止特性的视点规划方法[J]. 何炳蔚. 中国图象图形学报. 2006(12)
[10]广义条纹图序列编码的相位重建[J]. 彭翔,韦林彬,邱文杰,田劲东. 光学学报. 2006(08)
硕士论文
[1]实时彩色三维建模技术研究[D]. 刘欢.电子科技大学 2015
[2]大锻件测量系统中摄像机布局优化及标定技术[D]. 李明星.大连理工大学 2014
[3]多分辨深度图像重建算法与软件实现[D]. 韦林彬.天津大学 2006
本文编号：2996564
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