面向飞行模拟视景系统的三维场景重建

发布时间：2017-04-19 18:09

  本文关键词：面向飞行模拟视景系统的三维场景重建，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着航空技术的发展,用于模拟飞机全部或部分性能的飞行模拟器被设计并广泛应用。其中,对于视景系统的研发工作也越来越深入,为了增强视景的真实性、让飞行员在进行培训时有更深的沉浸感,相关的视景、场景往往以三维形式呈现。针对飞行模拟视景子系统的特殊需求,本文提出了一种面向飞行模拟视景子系统的三维重建方法,在保证场景重建效果的同时,减少人为工作量,提高场景重建效率。本文通过立体视觉系统采集三维场景的二维图像,利用立体对极几何关系从二维图像中提取三维信息,恢复场景的三维结构。基于基本的数学几何知识、物理光学知识,论文详细分析了目前较为成熟的三维重建算法以及重建过程中重要的技术手段,并提出了三维场景重建系统的基本流程。针对重建过程中最关键的特征匹配问题,展开了详细的讨论。为了增强匹配的准确性,本文提出了多级特征匹配的方法,通过点特征匹配、线特征匹配以及区域特征匹配三级匹配方法进行特征匹配。针对每种特征匹配,研究讨论这些特征基元各自的匹配方法,实现多级特征匹配。对于直线特征匹配,提出了一种基于单应性矩阵和多重约束的线特征多级匹配方法,有效地解决了算法提取过程中存在遮挡、直线断裂等问题。对于区域匹配,在全局能量函数以及图割等概念的基础上,详细介绍了最大流/最小割算法的基本原理、算法流程,并用实验证明算法不仅在低纹理区域匹配时精度较高,而且景物边界清晰,视差图中的噪声点、非可用视差点较少。针对飞行模拟视景系统对不同视觉深度的不同要求,本文提出了基于尺度空间的三维场景重建方法。深度较浅,离视点较近的景物,呈现更多的细节信息;而对于深度较深,离视点较远的景物,则表现较少的细节表现。论文对上述算法进行了仿真实验,实验结果表明了本文面向飞行模拟视景子系统的三维重建方法的可行性和准确性,为飞行模拟视景系统的开发提供了一种新的可行性研究思路。
【关键词】：视景系统 立体视觉 三维重建 特征匹配 直线匹配 区域匹配 多尺度空间
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 计算机视觉研究现状10-11
• 1.2.2 三维重建方法研究现状11-13
• 1.3 论文主要研究内容13-16
• 1.3.1 主要研究内容14
• 1.3.2 本文结构14-16
• 第二章 三维重建的基本理论16-29
• 2.1 成像原理16-19
• 2.1.1 成像过程16-17
• 2.1.2 成像模型17-19
• 2.2 对极几何19-25
• 2.2.1 立体成像19-20
• 2.2.2 基础矩阵20-23
• 2.2.3 单应矩阵23-25
• 2.3 三维重建25-28
• 2.3.1 分层重建25-26
• 2.3.2 三维重建的基本流程26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 立体匹配方法29-50
• 3.1 引言29
• 3.2 点特征匹配29-34
• 3.2.1 SIFT算法30-33
• 2.2.2 点特征匹配33-34
• 3.3 线特征匹配34-41
• 3.3.1 引言34-35
• 3.3.2 匹配约束条件35-37
• 3.3.3 算法描述37-39
• 3.3.4 实验分析39-41
• 3.4 区域匹配41-48
• 3.4.1 引言41-42
• 3.4.2 能量函数42-44
• 3.4.3 最大流最小割算法44-47
• 3.4.6 实验分析47-48
• 3.5 本章小结48-50
• 第四章 面向飞行模拟视景子系统的三维重建方法50-58
• 4.1 三维场景重建50-53
• 4.1.1 视差图与深度50-51
• 4.1.2 纹理映射51-52
• 4.1.3 算法描述52-53
• 4.2 三维重建方法实验及分析53-58
• 4.2.1 室内场景重建53-56
• 4.2.2 机场场景重建56-58
• 第五章 总结与展望58-60
• 5.1 总结58
• 5.2 后期工作展望58-60
• 参考文献60-62
• 致谢62-64
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文64

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本文编号：316834