三維信息獲取技術(shù)中定標(biāo)與圖形包含問(wèn)題的研究.pdf

1、隨著技術(shù)的發(fā)展，許多領(lǐng)域都需要快速準(zhǔn)確地獲取物體的三維空間信息，進(jìn)行三維重建，而三維重建一般需要先進(jìn)行三維信息獲取，三維掃描是一種重要的三維信息獲取方式，它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及機(jī)械、光學(xué)、電子、控制、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、軟件工程等多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容。論文對(duì)三維信息獲取技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀、進(jìn)展、應(yīng)用等作了介紹；對(duì)三維信息獲取技術(shù)中的定標(biāo)問(wèn)題及圖形包含算法進(jìn)行了研究。
　　 第一，研究了定標(biāo)方面的問(wèn)題。三維系統(tǒng)根據(jù)攝

2、像機(jī)獲取的圖像信息，計(jì)算三維空間中物體的幾何信息，由此重建和識(shí)別物體。而空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系是由攝像機(jī)成像的幾何模型決定的，這些幾何模型參數(shù)稱(chēng)為攝像機(jī)參數(shù)，可以分為內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)；攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)是指攝像機(jī)成像的基本參數(shù)，如主點(diǎn)、焦距、鏡頭畸變參數(shù)。攝像機(jī)的外部參數(shù)是指攝像機(jī)成像時(shí)的空間參數(shù)，如攝像機(jī)的空間坐標(biāo)和方位。在大多數(shù)情況下，這些參數(shù)必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)與計(jì)算才能得到，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為定標(biāo)。

3、>　　 在傳統(tǒng)攝影測(cè)量定標(biāo)方法中，需要制作定標(biāo)模塊，其上布置一些控制點(diǎn)，準(zhǔn)確測(cè)定它們的三維坐標(biāo)。為保證定標(biāo)精度，這些控制點(diǎn)應(yīng)該在三維空間均勻分布，對(duì)定標(biāo)塊的制作和加工要求很高。本文提出采用平面定標(biāo)板沿法線(xiàn)方向平行移動(dòng)的方式代替三維定標(biāo)模塊，既能達(dá)到三維效果，顯著增加控制點(diǎn)數(shù)量，也使制作簡(jiǎn)單。
　　 將傳統(tǒng)攝影測(cè)量定標(biāo)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法相結(jié)合，采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定標(biāo)方法，用5步法計(jì)算定標(biāo)參數(shù)和待求點(diǎn)的物方坐標(biāo)。
　　 第二，

4、研究了參數(shù)修正與偏心修正問(wèn)題。定標(biāo)參數(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行修正；因?yàn)楫?dāng)系統(tǒng)使用一段時(shí)間后，系統(tǒng)的某些部分可能發(fā)生變化，參數(shù)將會(huì)產(chǎn)生漂移，需要重新定標(biāo)或進(jìn)行修正，本文研究了修正的方法。對(duì)于旋轉(zhuǎn)式掃描儀，其掃描值歸算至中心時(shí)，需要偏心修正，研究了偏心修正的算法。
　　 第三，研究了點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形的包含關(guān)系計(jì)算問(wèn)題，如：點(diǎn)-多邊形包含關(guān)系、線(xiàn)-多邊形包含關(guān)系、多邊形-多邊形包含關(guān)系。在課題組提出的三維信息獲取方法“殘余圖法”中

5、，需要進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形包含關(guān)系的檢測(cè)；在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地理信息學(xué)等領(lǐng)域，也需要進(jìn)行有關(guān)點(diǎn)、線(xiàn)、多邊形關(guān)系的計(jì)算處理。
　　 點(diǎn)-多邊形關(guān)系計(jì)算是一個(gè)基本而又重要的問(wèn)題，點(diǎn)的位置判斷正確與否會(huì)直接影響到后續(xù)的處理結(jié)果。提出了動(dòng)態(tài)射線(xiàn)與向量積兩種算法。
　　 向量積算法是從檢測(cè)點(diǎn)發(fā)出一條射線(xiàn)，從檢測(cè)點(diǎn)向與射線(xiàn)產(chǎn)生交點(diǎn)的邊的兩端點(diǎn)作兩個(gè)向量，對(duì)這兩個(gè)向量計(jì)算向量積，對(duì)向量積的正反方向次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，根據(jù)計(jì)數(shù)結(jié)果判斷檢測(cè)點(diǎn)是否位

6、于多邊形內(nèi)。該算法無(wú)需特殊情況的處理，判斷簡(jiǎn)單，只需簡(jiǎn)單加減乘運(yùn)算、穩(wěn)定可靠，檢測(cè)速度快。
　　 線(xiàn)與多邊形包含檢測(cè)：如果直線(xiàn)與多邊形有交點(diǎn)，則求出所有交點(diǎn)坐標(biāo)，這些交點(diǎn)將線(xiàn)分成為多段，判斷各段的中點(diǎn)是否位于多邊形內(nèi)，如果某段的中點(diǎn)位于多邊形內(nèi)，則此段位于多邊形內(nèi)。
　　 兩個(gè)多邊形包含關(guān)系的檢測(cè)，提出的算法是先將兩多邊形以同一方向順序進(jìn)行頂點(diǎn)編號(hào)，對(duì)多邊形的每邊求交點(diǎn)，這些交點(diǎn)將多邊形的邊分為多段，提取互相包含的各段，