静态场景的三维视觉重建关键技术研究

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三维视觉重建技术是计算机视觉领域中的热点研究内容之一。它利用图像采集设备对物体或场景拍摄到的一系列图像,根据立体匹配的相关原理和算法,计算出图像中物体的深度信息,最后通过三维重建的方法获取场景内物体的三维信息。本文以建筑灾难救援为背景,根据分布在建筑中的双目视频采集节点捕捉的数据,利用计算机立体视觉技术对建筑物内部情况以可视化三维模型的形式进行实时显示,为救援人员通过三维全景视图,准确直观地了解建筑物各个角落的人员分布与灾难扩散情况,从而制定最为快速、安全和有效的救援与疏导计划、确保救援行为的顺利开展奠定基础。在对基本理论知识的学习与大量相关文献的分析基础上,本文主要从摄像机标定与校正、图像对的立体匹配、多视点三维重建这三个方面开展研究:(1)利用摄像机标定的经典算法,对双目摄像机进行标定,根据得到的参数,结合本文提出的图像非线性畸变校正算法对图像进行校正,再结合本文提出的极线校正算法对图像对进行极线校正。(2)通过分析与对比传统的基于特征与基于区域的立体匹配算法各自存在的优缺点,本文提出了“特征点与均值金字塔共同约束下的动态规划立体匹配算法”,该算法利用特征点和均值金字塔匹配的结果为约束,动态规划区域匹配的搜索范围。利用此算法对图像对进行立体匹配,可以获取到较为精确的视差图。(3)本文分别对场景从两个不同的视点进行重建,然后运用ICP算法求取两组三维点云之间的关系,并根据此关系将它们变换到同一坐标系下,提高了重建的效果,扩大了重建的视野范围。通过大量实验验证,本文提出的畸变校正算法、极线校正算法以及立体匹配算法,都可以得到较为准确的结果,针对几种不同情况的静态场景具有较强的通用性。
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