基于单目视觉的物体形状三维重建方法研究

摘要

三维重建是指对物体建立适合计算机处理的数字模型，是数字化表达客观世界的关键技术。随着3D打印、虚拟现实等技术的飞速发展，如何快速、简单地对物体进行三维重建不仅具有较高的科研价值，也蕴含着巨大的经济效益。
　　本课题提出了一种基于单目视觉的低成本三维重建系统，该三维重建系统仅需要一个网络摄像头、一支红色线型激光笔和一个三正交背景板。操作者手持激光笔均匀地扫描放置在三正交背景板上的物体，并用摄像头拍摄整个扫描过程，经过图像处理提取激光条纹位置，并根据激光平面和投影射线的空间约束关系，计算物体表面的空间三维坐标。对点云进行滤波、重建、可视化等操作可建立物体的空间三维模型。
　　本课题的主要研究成果如下:
　　1、提出了一种基于单目视觉和正交平面几何约束关系的三维重建方法，该方法可以对非纹理物体进行精确重建。
　　2、使用马尔科夫随机场模型对扫描得到的多层点云数据进行融合，该方法可以改善由于扫描不均匀造成的重建表面不平滑的现象。
　　3、使用粒子群算法寻找最优的适合该三维重建系统的摄像头内部参数，改善了没有标定摄像头引起的误差，提高了重建结果的精度。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 获取三维信息的方法

1．2．2 三维模型建立的方法

1．2．3 目前比较前沿的三维重建系统

1．2．4 目前三维重建系统存在的问题

1．3 论文的主要工作以及结构安排

1．3．1 论文的主要工作

1．3．2 论文的结构安排

第二章 基于激光线扫描的单视觉三维重建方法

2．1 软件环境以及硬件设备

2．2 摄像头的成像原理

2．3 三维点云信息的计算

2．3．1 点线面在空间的向量表示

2．3．2 三正交背景板的姿态估计

2．3．3 图像处理

2．3．4 点云信息的计算

2．3．5 点云的可视化

2．4 重建结果可视化

2．4．1 规则模型的重建结果

2．4．2 不规则模型的重建结果

2．5 本章小结

第三章 马尔科夫算法融合多层深度信息

3．1 马尔科夫随机场的介绍

3．1．1 标注问题

3．1．2 邻域系统和基团

3．1．3 马尔科夫随机场

3．1．4 吉布斯场

3．1．5 马尔科夫随机场和吉布斯场的等价性

3．2 空缺值填充

3．3 马尔科夫算法融合多层深度信息

3．4 重建结果可视化

3．4．1 规则模型的重建结果

3．4．2 不规则模型的重建结果

3．5 本章小结

第四章 重建结果分析和参数优化

4．1 模型重建结果分析

4．1．1 三正交背景板重建结果分析

4．1．2 圆球模型重建结果分析

4．1．3 与Kinect重建结果对比分析

4．2 粒子群算法选择最优参数

4．3 验证粒子群算法寻优的正确性

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间科研成果