多镜面折反射系统的标定与三维重建

发布时间：2017-08-05 21:27

  本文关键词：多镜面折反射系统的标定与三维重建

  更多相关文章： 非单视点折反射相机 多镜面折反射成像系统 偏心球投影模型 标定板标定 三维重建

【摘要】：多镜面折反射成像系统是一种由单个相机和多个镜面组成的新型成像系统。由于其在单次成像中可以获得多个大视场图像,继而重构三维场景,多镜面折反射成像系统在机器人导航、场景监控、环境感知和三维重建等众多领域中有着广泛的应用。建模并标定折反射成像系统是诸多应用中的必要步骤。多镜面折反射成像系统是一种复杂的非单视点成像系统。现有的多镜面折反射成像系统的标定方法,往往模型复杂操作繁琐且精度有限。因此,研究多镜面折反射系统的成像模型显得十分有意义。本文提出了一种多镜面折反射成像系统的新的阵列成像模型和标定方法。将每个镜面与对应成像区域建模为虚拟子相机,将多镜面折反射系统的标定问题转换成标定多个子相机和子相机之间的位置关系。为了更好地处理每一个子相机模型中的大失准偏置,提出了一种新颖的偏心球投影模型。偏心球投影模型在单位球模型的基础上引入一个可以自由移动的虚拟球面投影中心,这使得模型极大地加强了处理大失准偏置的能力。基于子相机阵列模型和偏心球面投影模型,本文首先提出和实现了采用标定板标定多镜面折反射相机阵列的方法。仿真和真实实验都验证了偏心球面投影模型的有效性和标定算法的可靠性。基于偏心球投影模型和多视图几何,本文提出了利用多镜面折反射成像系统的三维重建方法。首先,通过单次拍摄得到的全向图,提取不同镜面图像的特征点,结合偏心球投影模型的后向映射,有效地实现了场景的稀疏重建。进一步地,将多镜面的全向图根据标定后得到的偏心球模型后向投影到球面上,使用球面立体匹配算法得到了致密的球面视差图。对多个球面视差图进行了视差优化后获得了统一致密的三维重建。稀疏重建和致密重建的结果都较好地验证了基于偏心球投影模型标定结果的准确性和重建算法的有效性。
【关键词】：非单视点折反射相机 多镜面折反射成像系统 偏心球投影模型 标定板标定 三维重建
【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】：TH74
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 研究的背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势16-19
• 1.3 本文的主要内容和组织结构19-22
• 第2章 多镜面折反射系统22-35
• 2.1 简介22
• 2.2 单镜面折反射系统22-31
• 2.2.1 统一理论和单位球模型22-26
• 2.2.2 改进的单位球模型26-29
• 2.2.3 广义统一模型29-31
• 2.3 多镜面折反射系统31-35
• 2.3.1 多镜面折反射系统的标定31-33
• 2.3.2 多镜面折反射系统的三维重建33-35
• 第3章 偏心球投影模型及其标定35-50
• 3.1 简介35
• 3.2 偏心球投影模型35-38
• 3.2.1 投影模型36-37
• 3.2.2 模型参数37-38
• 3.3 多镜面折反射系统的子相机模型38
• 3.4 标定多镜面折反射系统38-40
• 3.5 参数的初始化40-41
• 3.6 非线性优化最终解41-43
• 3.6.1 标定偏心球投影的单个子相机41-42
• 3.6.2 优化子相机之间的相对位姿42-43
• 3.7 实验结果43-49
• 3.7.1 仿真实验43-48
• 3.7.2 真实实验48-49
• 3.8 小结49-50
• 第4章 多镜面折反射系统的三维重建50-71
• 4.1 简介50
• 4.2 基于偏心球投影模型的后向投影50-51
• 4.3 稀疏重建51-57
• 4.3.1 空间点的初始化51-53
• 4.3.2 空间点优化53-54
• 4.3.3 实验结果54-57
• 4.4 致密重建57-70
• 4.4.1 基于偏心球投影的球面校正59-63
• 4.4.2 立体匹配与视差融合63-65
• 4.4.3 实验结果65-70
• 4.5 小结70-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 本文工作总结71-72
• 5.2 未来工作展望72-73
• 参考文献73-75
• 所参加的科研工作75-76
• 在学期间所取得的科研成果76

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本文编号：627011