基于镜面成像技术的单目全景立体感知三维重构技术研究

发布时间：2021-02-20 10:09

　　高效率、高精度、高鲁棒性地获得物体表面三维坐标是三维测量与重构的基础与关键。随着超高清摄像技术的发展,基于镜面成像的单目全景感知技术由于其在成像过程中具有严格一致的内外摄像机参数、全方位视角、重建算法实现简单方便等诸多优点,被认为是非常有应用前景的全景成像技术。可广泛应用于工农业检测、机器人视觉、模具快速成型、虚拟现实、医学诊疗、动漫影视、游戏制作等领域。本文针对基于镜面成像技术的单目全景立体感知三维重建,通过研究单目多视角与单目单视点折反射全景成像机理,利用平面镜组和二次曲面镜的光学特性,提出适用于不同领域的单目全景立体感知理论与方法。通过单目全景成像技术获取物体表面信息,采用相应的透视展开算法,利用空间几何约束、纹理颜色约束,获取物体表面采样点数据,采用改进的B样条柔性插值重构方法,改进传统重构方法在处理非均匀扫描数据点时几何形状的失真和运算的不稳定现象,同时避免控制点的大量增加,快速实现被测物体的三维重建。最终实现资源消耗低、实时处理能力强的单目全景立体感知系统及三维重构方法,为自动准确快速地对被测物体进行测量及复制提供技术支撑。本论文的主要研究内容和贡献概括如下:●针对基于图像... 

【文章来源】：浙江工业大学浙江省

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 平面镜成像技术
        1.2.2 曲面镜成像技术
    1.3 本文的内容
    1.4 本文的组织结构
第2章 基于镜面成像技术三维立体视觉测量与重构综述
    2.1 引言
    2.2 镜面成像系统的分类及成像原理
        2.2.1 平面镜成像
        2.2.2 曲面镜成像
    2.3 被动式成像系统
        2.3.1 被动式平面镜成像
        2.3.2 被动式曲线型镜面成像
    2.4 主动式镜面成像系统
        2.4.1 主动式平面镜成像
        2.4.2 主动式曲线型镜面成像
    2.5 镜面标定和曲面的几何重构
        2.5.1 平面镜标定
        2.5.2 曲线型镜面标定
    2.6 小结
第3章 基于镜面折反射全景成像三维重建方法研究
    3.1 引言
    3.2 单目多视角立体视觉装置的设计
    3.3 基于体素的三维重建实现原理
        3.3.1 图像预处理
        3.3.2 三维点云获取原理
        3.3.3 基于体素的三维重建流程
    3.4 实验研究
        3.4.1 阈值选取实验
        3.4.2 光一致性分析实验
        3.4.3 三维重构实验
    3.5 小结
第4章 基于矩形区域光路折反射单目全景成像三维重构技术研究
    4.1 引言
    4.2 基于矩形区域光路折反射单目全景传感器
    4.3 基于轮廓体素极坐标遍历的三维重构算法
        4.3.1 三维型值点获取的原理
        4.3.2 图像预处理及三维型值点获取的算法流程
    4.4 实验测试
        4.4.1 脚型图像的预处理
        4.4.2 型值点数据的获取及三维重构
        4.4.3 误差测试
    4.5 小结
第5章 基于双曲镜面成像单目全景立体感知三维重构技术研究
    5.1 引言
    5.2 双曲镜面单目全景成像原理
        5.2.1 镜面折反射成像
        5.2.2 单目全景成像原理
    5.3 全景成像激光中心线的提取
    5.4 全景成像中三维点云数据的获取
    5.5 基于点云数据的三维几何建模
        5.5.1 B样条曲面
        5.5.2 B样条曲线拟合
        5.5.3 型值点参数的求取和节点矢量的计算
        5.5.4 柔性节点矢量的选择
        5.5.5 B样条曲面拟合
    5.6 实验论证
    5.7 小结
第6章 基于镜面成像点云数据的三维几何模型重构技术研究
    6.1 引言
    6.2 镜面成像三维点云的获取
        6.2.1 三维型值点获取的原理
        6.2.2 三维型值点获取的算法流程
    6.3 B样条柔性插值重构
        6.3.1 B样条曲线曲面的定义
        6.3.2 B样条曲线拟合
        6.3.3 B样条曲面插值
    6.4 小结
第7章 总结和展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 未来工作展望
参考文献
致谢
个人简历及攻读博士学位期间获得的学术成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于管道内形貌检测的3D全景视觉传感器[J]. 汤一平,吴挺,袁公萍,鲁少辉,杨仲元.  仪器仪表学报. 2017(03)
[2]基于镜面成像技术的三维立体视觉测量与重构综述[J]. 郭伟青,汤一平,鲁少辉,陈麒.  计算机科学. 2016(09)
[3]基于镜面折反射全景成像的三维重建方法研究[J]. 郭伟青,汤一平,夏少杰,韩国栋,胡克钢.  高技术通讯. 2015 (Z2)
[4]基于主动式全景视觉的管道形变检测及重构技术的研究[J]. 鲁少辉,吴挺,汤一平,郭伟青.  光电子·激光. 2015(07)
[5]主动式三维立体全景视觉传感技术[J]. 汤一平,吴立娟,周静恺.  计算机学报. 2014(06)
[6]基于单目多视角机器视觉的珍珠在线分类装置[J]. 汤一平,夏少杰,冯亦军,陈新峰,朱治亮,李陈荣.  农业机械学报. 2014(01)
[7]基于图像的几何建模技术综述[J]. 束搏,邱显杰,王兆其.  计算机研究与发展. 2010(03)
[8]西瓜三维形态几何建模和真实感绘制技术研究[J]. 赵春江,陆声链,郭新宇,李长锋,杨月英.  中国农业科学. 2008(12)

博士论文
[1]基于多视几何的三维脚型测量技术与系统[D]. 高飞.浙江大学 2010
[2]基于脚型三维形貌的自动化鞋楦定制关键技术研究[D]. 史辉.清华大学 2009

硕士论文
[1]几何造型技术中逆向柔性曲面重构技术研究[D]. 吴小刚.电子科技大学 2012



本文编号：3042618