隱式表達三維模型流水線的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為國家自然科學基金項目(項目號：60275012)，廣東省普通高校自然科學研究重點項目(項目號：04Z010)，以及深圳市科技計劃項目(項目號：200341)的重要研究內(nèi)容之一，本論文旨在隱式表達的框架下，圍繞三維數(shù)字成像及造型流水線中涉及的三個核心技術(shù)，即三維系統(tǒng)標定、多視點深度圖像的匹配以及多視點深度圖像的合成，從理論上和實踐上進行深入系統(tǒng)的研究與探討。 論文的主要研究內(nèi)容和取得的主要研究進展有： 1.分析并論證了

2、根據(jù)徑向基函數(shù)插值構(gòu)造變分隱式曲面進行曲面重建的優(yōu)缺點，并在此基礎(chǔ)上確定了基于隱式表達的匹配和合成多視點深度圖像的研究方案。以實驗室搭建的三維掃描器為工具實現(xiàn)三維建模流水線的標定、匹配和合成三個過程。 2.設(shè)計點陣圖案，利用位錯點陣成像原理和基準傳遞概念標定三維掃描器，為重建三維模型提供精確數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過標定的三維掃描器，對300×300×80mm3的測量體積內(nèi)，可以獲得X方向的標準差為0.288mm，Y方向的標準差為

3、0.238mm和Z方向的標準差為0.292mm的測量精度。 3.估計三維掃描器在多個視點的位置姿態(tài)，以此作為多視點深度圖像匹配的初值。將數(shù)字投影儀的投射過程，當作攝像機成像的逆過程。提出了“相位-坐標”的變換方法，利用投射正交的條紋圖，快速尋找成像平面和掃影平面上的對應點。將極線幾何約束原理應用于主動三維視覺系統(tǒng)，并在考慮到采樣數(shù)據(jù)受噪聲影響的條件下建立了優(yōu)化多視點位姿估計的數(shù)學模型。通過求解所建立的數(shù)學模型可以獲得三維掃描器在

4、多視點的位置姿態(tài)的優(yōu)化估計。同時，此模型還可以應用于同步自標定三維掃描器的設(shè)備參數(shù)。這種方法不需要任何已知三維坐標的標定參照物，改善和提高了三維掃描器的實用性。 4.針對同類合成方法中經(jīng)常用到的符號距離函數(shù)，在向量空間進行了嚴格和系統(tǒng)的數(shù)學公式化證明和明確的幾何解釋，并在此基礎(chǔ)上利用“最小二乘逼近深度曲面上的點到等值面上的對應點的距離”和“空間向量圖解”的方法建立一個廣義且規(guī)范的隱式曲面方程。重新解釋設(shè)置“權(quán)函數(shù)”的標準以及隱式