基于多幅圖像的空間點(diǎn)定位與曲線結(jié)構(gòu)三維重建.pdf

1、近年來(lái)，隨著數(shù)碼相機(jī)的廣泛應(yīng)用，成像質(zhì)量大幅度提高，同時(shí)價(jià)格愈來(lái)愈低廉，加之圖像處理和模式識(shí)別技術(shù)的迅速進(jìn)步，利用數(shù)碼相機(jī)作為傳感器件的三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)成為目前最有前途的一種三維測(cè)量技術(shù)。本文從工程實(shí)際出發(fā)，力圖在攝影測(cè)量的嚴(yán)密理論和計(jì)算機(jī)視覺(jué)的一些前沿成果上，研究一種只用一個(gè)數(shù)碼相機(jī)，以自由拍攝方式獲得場(chǎng)景的多幅數(shù)字圖像，從而恢復(fù)待測(cè)物體三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一種面向工業(yè)產(chǎn)品、可現(xiàn)場(chǎng)操作的三維柔性測(cè)量方法。 為保證圖像識(shí)別的

2、可靠性、提高圖像處理精度和測(cè)量解算的自動(dòng)化水平，本文采用一套具有明顯標(biāo)志的標(biāo)記點(diǎn)（包括編碼元和非編碼元）和標(biāo)記目標(biāo)曲線，其中編碼元作為輔助測(cè)量工具，非編碼元以及標(biāo)記目標(biāo)曲線作為被測(cè)目標(biāo)。 本文主要圍繞著基于一個(gè)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)和標(biāo)記目標(biāo)曲線的三維重建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，并結(jié)合工業(yè)產(chǎn)品實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： （1）提出并實(shí)現(xiàn)了一種標(biāo)記點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)算法。首先針對(duì)標(biāo)記點(diǎn)的各種特征提出四個(gè)準(zhǔn)則，從而快

3、速、準(zhǔn)確地提取標(biāo)記點(diǎn)目標(biāo)，然后提出一種具有較強(qiáng)魯棒性的編碼元識(shí)別方法，識(shí)別編碼元的身份信息，同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記點(diǎn)中心的定位。 大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文的標(biāo)記點(diǎn)自動(dòng)檢測(cè)算法能夠取得良好的效果。 （2）提出并實(shí)現(xiàn)了一種非迭代同名標(biāo)記點(diǎn)匹配算法。在利用編碼元的身份信息實(shí)現(xiàn)同名編碼元匹配的基礎(chǔ)上，由相似性和相容性確定非編碼元的初始匹配，通過(guò)三個(gè)準(zhǔn)則從非編碼元的初始匹配中剔除誤匹配，最終得到同名非編碼元的匹配結(jié)果。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文算法速度快

4、、匹配率高、魯棒性好。 （3）提出并實(shí)現(xiàn)了相機(jī)位姿確定和標(biāo)記點(diǎn)的三維重建算法。利用迭代因子矩陣分解方法并通過(guò)編碼元確定射影重建好的初始值，即確定較精確的初始的相機(jī)運(yùn)動(dòng)矩陣；根據(jù)所獲得相機(jī)運(yùn)動(dòng)矩陣，通過(guò)三角測(cè)量法恢復(fù)非編碼元射影空間坐標(biāo)；采用光束平差法優(yōu)化射影空間下的相機(jī)運(yùn)動(dòng)矩陣及非編碼元空間坐標(biāo)。對(duì)射影重建施加度量約束，恢復(fù)在歐氏空間下的相機(jī)姿態(tài)和非編碼元的三維坐標(biāo)。通過(guò)施加絕對(duì)二次曲面? 的本質(zhì)條件rank( ? )=3 到單

5、應(yīng)矩陣中，提高了算法的魯棒性。與已有的算法相比較，該算法大大減小了再投影誤差。該方法已應(yīng)用于整體點(diǎn)云拼接中，取得了良好的效果。 （4）提出了一種基于單數(shù)碼相機(jī)手持式拍攝多幅圖像的三維曲線結(jié)構(gòu)測(cè)量方法。首先，結(jié)合簡(jiǎn)單的人工交互和能量?jī)?yōu)化方法，對(duì)目標(biāo)曲線進(jìn)行半自動(dòng)提取。然后，在目標(biāo)曲線優(yōu)化匹配的基礎(chǔ)上，利用三角測(cè)量法實(shí)現(xiàn)曲線點(diǎn)列的三維重建。應(yīng)用該算法對(duì)多個(gè)樣件進(jìn)行了曲線結(jié)構(gòu)測(cè)量和模型重建，分析了重建誤差。實(shí)驗(yàn)證明，這是一種行之有效