基于单目图像序列的场景稠密三维重建技术研究

《基于单目图像序列的场景稠密三维重建技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：621.3学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：基于单目图像序列的场景稠密三维重建技术研究论文作者：杨爱林领域：控制工程指导教师：贾松敏教授论文提交日期：2016年6月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：S201302245密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：基于单目图像序列的场景稠密三维重建技术研究英文题目：RESEARCHONDENSE3DSCENERECONSTRUCTIONBASEDONMONOCULARIMAGESEQUENCES论文作者

2、：杨爱林领域：控制工程研究方向：智能控制与智能系统申请学位：工程硕士专业学位指导教师：贾松敏教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：杨爱林日期：2016年6月7日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保

3、留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：杨爱林日期：2016年6月7日导师签名：贾松敏日期：2016年6月7日摘要摘要基于图像序列的场景三维重建技术是计算机视觉领域中的一个重要研究课题。它用目标的二维图像序列和摄像机内外参数来恢复物体的三维信息。与传统的利用激光三维扫描或建模软件得到三维模型的方法相比，基于图像序列的三维重建方法具有重建约束限制条件少、自动化程度高、成本低、适宜对大尺度场景进行重建的优点。因此，该方法在逆向工程、

4、机器人定位与导航、虚拟现实、增强现实、增强虚拟环境以及军事等领域具有广阔的应用前景。然而长期实践表明，基于图像序列的三维重建方法面临着诸多难题，如摄像机外参标定技术的算法复杂且准确度不高，无法对摄像机位姿提供精确的估计，不准确的特征匹配导致得不到精确的三维信息。图像特征点检测与匹配算法，面对非合作环境，难以在弱纹理或纹理重复区域检测和匹配可靠的特征点对，致使点云和曲面层次上的重构都出现较大的失真，重建目标表面出现空洞现象严重，这成为突出的技术性障碍。此外，在图像特征匹配过程中的特征点匹配对数与运算速度也很难兼顾。本文针对上述问题展开了研究，主要贡献有：(1)设计了一种基于运动法的摄

5、像机位姿跟踪算法，采用SIFT算法进行图像特征点的检测与匹配，运用基于RANSAC框架的五点算法估计两视图下摄像机的相对位姿，采用基于RANSAC框架的透视N点法进行多视图位姿跟踪，有效提高了位姿估计精度。(2)提出了一种基于光流反馈的稠密三维重建方法，能够实现对场景准确、1快速的三维立体化建模。采用TV-L光流算法建立更加稳健的同名像点匹配关系，对得到的稠密匹配点进行采样，进而构建稀疏点云和初始网格。从运动视觉分析的角度寻求多视重构的求解方法，将重建模型反馈至重建过程，用各视图像的偏差驱动模型变形。将粗糙的、不准确的原始网格曲面经过致密的非刚性变形，调整为精确的曲面。(3)在统一

6、设备架构下，利用图形处理器（GPU）对重建算法中的光流匹配、合成图像、网格调整等部分进行并行加速，显著提高了重构算法的实时性。本文针对三维重建中的外参求解精度、特征匹配准确度、三维重建的稠密性、重建算法的实时性等问题，提出了有效的解决方案。室内真实场景下的重建结果证明了所提算法的可行性和准确性。关键词：图像序列；三维重建；光流；场景流；统一计算设备架构IAbstractAbstractReconstructingthethree-dimensional(3D)structurefrommultipleimageviewshasbecomeanimportantresearch

7、topicinthedomainofcomputervision.Thetargetobjects3Dinformationcomefrom2Dimagesequenceandcameras’parameters.Comparedwiththetraditionalmethodssuchasthe3Dscannerorthemodelingsoftware,3Dreconstructionalgorithmsbasedonimagesequencehaveadvant