基于單攝像機(jī)的三維幾何重建方法研究

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TP391.41國(guó)際圖書分類號(hào)：621.3工學(xué)碩士學(xué)位論文基于單攝像機(jī)的三維幾何重建方法研究碩士研究生：趙萌導(dǎo)師：紀(jì)軍紅副教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械電子工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院答辯日期：2009年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要傳統(tǒng)的三維重建采用的雙目或多目視覺(jué)方法往往使視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)相對(duì)昂貴、操作復(fù)雜、在控制上不易實(shí)現(xiàn)。因此，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易操作的單目視覺(jué)方法

2、的研究變得更有必要。本文通過(guò)理論分析，提出了一種新的基于單攝像機(jī)變焦原理的幾何體三維重建方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了圖像預(yù)處理、冗余數(shù)據(jù)處理以及仿真驗(yàn)證等內(nèi)容的研究。首先，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)三維重建過(guò)程和透鏡成像、光學(xué)變焦的研究，在定義的攝像機(jī)成像幾何模型下利用不同的焦距推導(dǎo)了幾何體空間點(diǎn)的三維重建過(guò)程，給出了提出的變焦算法下計(jì)算空間點(diǎn)三維坐標(biāo)的計(jì)算公式并通過(guò)不同象限內(nèi)單點(diǎn)的仿真驗(yàn)證了算法的可行性。在圖像預(yù)處理階段，采用了分為四階段的處理方法：通過(guò)

3、閾值分割有效地去除了背景噪聲的干擾，通過(guò)比較選擇canny算子檢測(cè)邊緣，用霍夫變換準(zhǔn)確地檢測(cè)所需直線，最后提取出特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)。對(duì)于不同的焦距組合產(chǎn)生大量的不同重建結(jié)果問(wèn)題，首先采用傳統(tǒng)的遺傳算法處理冗余數(shù)據(jù)，通過(guò)遺傳操作迭代搜索出最優(yōu)的重建值。針對(duì)算法中的變焦特點(diǎn)，進(jìn)行了變焦重建算法模型對(duì)焦距的敏感度分析，篩選容易造成較大錯(cuò)誤影響的焦距組合，在此基礎(chǔ)上提出了加權(quán)梯度法搜索最優(yōu)值的方法。最后，通過(guò)仿真分析驗(yàn)證了所提出的算法與數(shù)據(jù)處理方

4、法。在仿真空間立方體轉(zhuǎn)化后的像素坐標(biāo)上添加高斯白噪聲和BM高斯隨機(jī)噪聲模型，通過(guò)比較分析確定遺傳算法和加權(quán)梯度法中未確定的參數(shù)，然后比較兩種數(shù)據(jù)處理方法在不同方差下的重建精度，考察兩種方法對(duì)不同噪聲模型的適應(yīng)性以及運(yùn)算時(shí)間。利用所推導(dǎo)的理論公式完成對(duì)處理過(guò)的實(shí)際圖片數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和計(jì)算，并且分別用遺傳算法和加權(quán)梯度法重建出實(shí)際立方體頂點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過(guò)定點(diǎn)間的實(shí)際距離與重建頂點(diǎn)的距離的比較驗(yàn)證了重建精度。關(guān)鍵詞：三維重建；變焦重建算法；圖像