基于單攝像機的三維幾何重建方法研究

1、國內(nèi)圖書分類號：TP391.41國際圖書分類號：621.3工學碩士學位論文基于單攝像機的三維幾何重建方法研究碩士研究生：趙萌導師：紀軍紅副教授申請學位：工學碩士學科、專業(yè)：機械電子工程所在單位：機電工程學院答辯日期：2009年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要傳統(tǒng)的三維重建采用的雙目或多目視覺方法往往使視覺系統(tǒng)結構復雜、造價相對昂貴、操作復雜、在控制上不易實現(xiàn)。因此，成本低、結構簡單易操作的單目視覺方法

2、的研究變得更有必要。本文通過理論分析，提出了一種新的基于單攝像機變焦原理的幾何體三維重建方法，并在此基礎上進行了圖像預處理、冗余數(shù)據(jù)處理以及仿真驗證等內(nèi)容的研究。首先，通過對傳統(tǒng)三維重建過程和透鏡成像、光學變焦的研究，在定義的攝像機成像幾何模型下利用不同的焦距推導了幾何體空間點的三維重建過程，給出了提出的變焦算法下計算空間點三維坐標的計算公式并通過不同象限內(nèi)單點的仿真驗證了算法的可行性。在圖像預處理階段，采用了分為四階段的處理方法：通過

3、閾值分割有效地去除了背景噪聲的干擾，通過比較選擇canny算子檢測邊緣，用霍夫變換準確地檢測所需直線，最后提取出特征點的像素坐標。對于不同的焦距組合產(chǎn)生大量的不同重建結果問題，首先采用傳統(tǒng)的遺傳算法處理冗余數(shù)據(jù)，通過遺傳操作迭代搜索出最優(yōu)的重建值。針對算法中的變焦特點，進行了變焦重建算法模型對焦距的敏感度分析，篩選容易造成較大錯誤影響的焦距組合，在此基礎上提出了加權梯度法搜索最優(yōu)值的方法。最后，通過仿真分析驗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化后的像素坐標上添加高斯白噪聲和BM高斯隨機噪聲模型，通過比較分析確定遺傳算法和加權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，考察兩種方法對不同噪聲模型的適應性以及運算時間。利用所推導的理論公式完成對處理過的實際圖片數(shù)據(jù)的轉換和計算，并且分別用遺傳算法和加權梯度法重建出實際立方體頂點的三維坐標，通過定點間的實際距離與重建頂點的距離的比較驗證了重建精度。關鍵詞：三維重建；變焦重建算法；圖像