基于图像的测量及三维重建研究
该论文主要以结构化场景的图像为对象,围绕单视测量、摄像机标定以及三维重建等方面的实际问题,进行了比较深入的研究.主要内容包括:1.提出了通过单幅图像进行平面测量的三种新方法并比较了这些方法的测量精度.第一种方法直接利用直线的对应关系来计算空间平面与图像间的单应矩阵;第二种方法先利用两个相互垂直方向上的消隐点构造一个仿射变换矩阵,然后通过场景中的参考距离获得欧氏度量信息;第三种方法是利用射影变换保持交比不变的性质来计算空间距离与图像线段长度间的变换关系.此外,还给出了从单幅图像测量点到直线的距离、直线间的夹角、平面图形的面积等的方法.2.提出了两种由参考平面单应矩阵和垂直方向消隐点恢复摄像机摄影矩阵的方法,并在此基础上提出了三种恢复场景欧氏度量信息的新方法.一是参考平面上物体高度的测量方法;二是垂直于参考平面的平面几几何信息的度量方法;三是任意平面内几何信息的度量方法.此外,还首次提出了由单幅图像测量某些规则物体的体积和表面积,以及恢复场景中其它几何参数的方法.3.证明了当场景中存在长度相等或比值已知的直线段时,可以提供新的关于摄像机内参数的约束,并从消隐点和圆环点的角度对此进行了深入分析.提出了一种求解摄像机外部参数和摄影矩阵的简便方法,并由此恢复出场景的三维几何结构,同时给出了一个完整场景的三维重建结果.4.提出了一种由矩形图像线性求解摄像机内外参数的方法.该方法不需要知道矩形的几何信息,也不涉及图像匹配问题.另外,还提出了在相差一个比例因子意义下,恢复矩形欧氏度量的线性方法.5.提出并证明了下述命题:一是在变参数摄像机模型下,如果没有任何可以利用的场景信息,则无法通过两幅纯平移图像进行仿射重建;二是如果场景中含有一张平面和一对平行直线,或者场景中含有两张平行平面,则从两个平移视点下的图像可以线性地对场景进行仿射重建.6.提出了一种利用场景中的几何约束关系,通过两幅图像对结构化场景进行重建的方法.该方法的主要特点在于:一是通过一种RANSAC机制从二维图像直接检测场景中的主平面;二是提出了一种简单的、由单应矩阵引导的直线匹配方法,并结合点和直线的匹配来优化单应矩阵;三是在畸变因子为零的情况下,提出了由两幅图像标定两个变参数摄像机的方法;四是该方法可以重建出在任何一幅图像中可见的物体表面,而非仅仅重建出两幅图像的重叠部分.
单视测量;摄像机标定;三维重建;结构化场景;仿射重建;单应矩阵
中国科学院自动化研究所
博士
模式识别与智能系统
胡占义
2004
中文
TP391.41
118
2005-06-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）