室内场景三维重建是计算机视觉领域中的重要研究课题。快速、低成本、精确的室内场景三维重建在虚拟现实、增强现实、室内定位、机器人导航等方面有着广泛的应用。室内场景三维重建的目的是通过获取场景的深度信息来理解场景三维几何关系,重建场景三维空间结构。当前的深度估计与场景重建算法要么依赖昂贵的深度采集设备,要么算法复杂,计算时间长,增加了三维场景重建技术的应用门槛。针对现有三维场景重建技术的局限性,本文对基于全景图像的室内三维重建问题进行了研究,主要工作如下:1.结合室内场景的结构特性与全景图像的投影关系,提出了一种基于单幅全景图像的室内场景三维重建算法,从全景图像中快速地恢复出室内场景的三维布局模型。首先,利用室内场景满足曼哈顿世界假设这一特性,通过提取图像中的线段信息,结合约束条件来获取室内场景的轮廓线段。其次,针对室内场景中物体遮挡地面轮廓线段的问题,结合全景图像的投影关系与室内场景布局的上下对称性,由天花板区域轮廓线段映射地面区域轮廓线段。最后,通过全景图像中的区域轮廓线段来实现全景图像的区域分割,生成布局假设;利用全景图像的投影关系,将墙面、天花板、地面区域像素点转换为三维点云,重建室内场景的布局模型。实验结果表明,本文所提出的重建算法能通过单幅全景图像重建室内场景的布局模型,数据获取容易,运行时间短,有着不错的便捷性。2.为了解决大型场景中存在多个房间,完整的布局模型需要将每个房间布局模型进行拼接的问题,本文提出了一种结合手机传感器数据来进行模型拼接的方法。通过手机传感器数据来实现室内定位,获取全景相机移动时的姿态数据,通过行人航位推算来计算不同拍摄视点之间的平移矩阵与旋转矩阵,实现同一场景下不同房间布局模型的自动拼接,提高重建算法的适用性。实验结果表明,该方法能够实现布局模型的自动拼接,进一步提高了重建算法的便捷性与实用性。