面向空間多視點圖像的三維場景渲染與重建技術(shù)研究.pdf

1、三維場景渲染與重建是利用場景的圖形或圖像等信息渲染出特定觀測視點的場景圖像和重建出三維場景的結(jié)構(gòu)模型，它是計算機視覺中的一個重要的研究課題，開展該方面的研究對于模式識別、虛擬現(xiàn)實、探險救援、軍事偵察等都具有非常重要的意義。
　　經(jīng)典的三維場景渲染與重建方法按照基本處理單位的不同分為：以像素點作為基本處理單位逐點進(jìn)行渲染與重建，該方法獲得的渲染圖像和重建模型比較真實，但是速度較慢；以網(wǎng)格作為基本處理單位進(jìn)行渲染與重建，該計算速度較快

2、，基本能滿足實時渲染的要求，但是當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)包含目標(biāo)邊界時導(dǎo)致渲染圖像和重建模型失真。另外，現(xiàn)有的諸多渲染與重建算法均要求已知不同觀測視點的坐標(biāo)，而現(xiàn)實情況下并不一定能精確獲得視點的坐標(biāo)，例如水下機器人受水流沖擊影響，在拍照時坐標(biāo)很難確定。
　　本文是以圖像粒(即連通區(qū)域)作為基本處理單位，研究基于空間多視點圖像的三維場景渲染與重建技術(shù)。主要研究內(nèi)容包括：
　　(1)基于形態(tài)學(xué)連通性理論的粒化研究
　　考慮到圖像的色相、亮

3、度和紋理等特性，提出了利用形態(tài)學(xué)屬性連通算子研究彩色圖像的粒化方法，每個粒代表了一個不規(guī)則形狀的連通區(qū)域。同一粒的內(nèi)部像素點具有同質(zhì)性或相同的紋理結(jié)構(gòu)，不同粒中像素點的值具有不同的特性。探討了基于隱馬爾科夫模型的粒邊界確定方法，降低了視角、光照對彩色圖像粒化的影響。
　　(2)基于空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圖像配準(zhǔn)研究
　　建立了基于有向圖的圖像粒(連通區(qū)域)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，引入可達(dá)矩陣分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中有向樹和有向回路(即廣義頂點)的

4、特點。將圖像粒進(jìn)行模糊化，探討了基于模糊推理的不同視點間圖像粒的全局最佳匹配問題，在圖像粒匹配的基礎(chǔ)上，分析粒內(nèi)特征點匹配關(guān)系，建立了匹配粒內(nèi)像素點的單應(yīng)映射。該方法消除了具有自相似結(jié)構(gòu)的不同視點圖像間錯誤匹配問題。
　　(3)在未知多視點相機位置關(guān)系的前提下，實現(xiàn)三維場景渲染與重建。
　　針對相機徑向畸變等因素的影響，提出了基于加權(quán)Sampson近似的不同視點相機間相對位置計算方法。提出了基于視圖張力漂移的場景深度估計方法