基于單目圖像序列光流的三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、單目圖像序列光流不僅包含了物體或場景的運動參數(shù)，還攜帶了豐富的三維結(jié)構(gòu)信息，因此由單目圖像序列光流重建運動物體或場景的三維運動與結(jié)構(gòu)是計算機(jī)視覺研究領(lǐng)域的一個熱點問題，研究成果被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人視覺、航空航天、軍事、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。本論文主要針對基于單目圖像序列光流的三維運動估計與結(jié)構(gòu)重建理論與技術(shù)進(jìn)行研究，以提高計算效率、改善重建算法魯棒性、拓寬重建算法適用范圍等為研究目標(biāo)。從改進(jìn)變分光流計算模型、降低鄰域誤差影響、改善亮度突變情況下

2、像素點漂移現(xiàn)象、減少特征直線光流重建模型的約束條件、建立點線光流對應(yīng)關(guān)系等方面入手，提出基于單目圖像序列光流的三維重建新思路與新方法。主要研究工作與成果如下：
　　1).從變分光流計算基本理論出發(fā)，通過添加局部約束和圖像梯度守恒改進(jìn)變分光流能量函數(shù)的數(shù)據(jù)項，設(shè)計基于圖像梯度的各向異性擴(kuò)散平滑項改變運動物體或場景邊緣區(qū)域的光流擴(kuò)散方式；針對光流計算的時效性問題，采用細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對變分光流估計模型進(jìn)行優(yōu)化，提出基于自適應(yīng)細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

3、各向異性擴(kuò)散光流算法。實驗表明該模型能夠較好地應(yīng)對圖像中包含的噪聲，具有計算精度高、時間消耗少等優(yōu)點。
　　2).為了減小局部鄰域內(nèi)光流估計誤差對三維重建結(jié)果的影響，預(yù)防“邊緣擴(kuò)張”現(xiàn)象的產(chǎn)生，根據(jù)圖像像素點光流與三維運動的對應(yīng)關(guān)系構(gòu)造基于稠密像素點光流的三維運動估計與結(jié)構(gòu)重建線性模型，并通過范數(shù)定理對該模型的魯棒性進(jìn)行了分析證明。實驗證明，該模型能夠減少邊緣區(qū)域光流擴(kuò)散對重建結(jié)果的影響，保留物體或場景的邊緣信息。
　　3)

4、.為避免光流計算對重建結(jié)果帶來的誤差影響，通過光流計算亮度守恒假設(shè)和像素點光流與三維運動的對應(yīng)關(guān)系推導(dǎo)出基于圖像亮度的三維運動守恒假設(shè)，構(gòu)造基于變分光流的三維運動估計與結(jié)構(gòu)重建模型，為了應(yīng)對圖像序列中包含的大位移運動，在運動估計過程中采用圖像金字塔分層的方法。針對純旋轉(zhuǎn)運動物體的三維重建問題，利用三維點的空間位移代替其運動軌跡，提出了純旋轉(zhuǎn)運動情況下的三維運動估計與結(jié)構(gòu)重建模型。實驗表明該模型能夠較好地應(yīng)對圖像序列中光照變化和大位移運動

5、等情況，部分解決了運動遮擋情況下重建算法的魯棒性問題。
　　4).對基于直線光流的三維重建技術(shù)進(jìn)行研究，闡述了直線光流的概念及計算方法，根據(jù)直線的表示方式和3D直線與2D直線的對應(yīng)關(guān)系構(gòu)建了基于直線光流的三維運動估計線性模型，由三維運動估計結(jié)果能夠重建直線特征的三維結(jié)構(gòu)。實驗證明，該模型最少只需兩條直線光流就可以分步計算出運動物體或場景的三維旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)。
　　5).針對復(fù)雜場景下直線特征的跟蹤、匹配問題，首先推導(dǎo)點、線光