基于图像的三维场景重建研究

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三维场景重构技术是计算机视觉研究中的热点问题。本文讨论基于图像的三维场景重构方法,图像是由普通数码相机拍摄产生的数码相片。   利用数码相片进行三维场景重构面临诸多挑战:首先,由于数码相机通常会自动进行白平衡以及亮度补偿,因此从不同角度拍摄的相片,颜色以及亮度通常存在差异;其次,由于相机距拍摄物体的距离差异,通常通过调整相机焦距以实现最佳的成像效果,但同时这也造成了相机内参数的频繁变化,即使固定焦距拍摄,由于相机的自动对焦功能,实际焦距仍有可能在一定范围内波动;再次,由于并不限定拍摄相机的运动方式,因此,图像序列中任意两幅图像间的运动关系是无法预知的;最后,由于并不限定数码相片的大小必须一致,因此相片间可能存在较大的尺度差异。   为了解决上述问题,本文首先使用SIFT方法抽取尺度不变特征,该特征对于尺度、亮度、颜色等差异存在良好的鲁棒性,随后利用优先级k-d树进行特征匹配,接着使用RANSAC方法进行匹配特征的内点鲁棒性估计,并使用内点创建点径。在结构重构的过程中,首先根据匹配点情况,选择一组最佳相机组合,利用数码相片附带的焦距信息,进行内参数初始估计,并利用5点法计算相机的外参数,随后使用光束平差法对相机参数以及重构点进行非线性优化,接着再添加相机并拓展点云,并再次利用光束平差法对结果进行优化。最后,将重构点云转换为有向点,利用泊松方法进行表面重构。实验结果表明,本文使用数码相片进行三维重构的方法是有效的。
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