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《南京航空航天大学》 2002年
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计算机视觉中三维重构的研究与应用

姜大志  
【摘要】: 三维重构是计算机视觉技术的主要内容之一。二维图像中的非线性畸变、拍摄图像的相机内外参数的标定是计算机视觉中三维重构的技术核心。尤其是计算机技术和数字成像技术的发展,要求有新的系统方案和技术措施,以充分利用先进仪器和设备的有利因素,增加计算机视觉技术在多种不同场合的适用性和灵活性。本文是在以数码相机为成像设备的条件下,在开发公路路产赔偿管理系统项目过程中,对三维重构中的理论和应用技术进行了深入的研究。 本文在分析了数码相机特点的基础上,提出了一种适合于数码相机特点的三维重构系统方案。在这一方案中建立二维图像中非线性畸变的处理、数码相机的内部和外部参数的标定各自的独立模型,分别求解。使得图像非线性畸变和数码相机的内部参数的求解,能在实验室中完成。实现了过程分解、模块独立,减少了参数间的互相干扰和充分利用了设备现有条件。 通过理论分析和实验验证,在数码相机成像中,二维图像中的非线性畸变主要来自于相机镜头中透镜的组合误差。图像中的非线性畸变与相机拍摄时的状态有关。在目前的数码相机条件下,影响图像处理的主要是图像中的径向畸变。 在分析和研究了图像中非线性畸变的大小与图像像素多少之间的关系基础上,提出了定量表示图像中所含非线性畸变大小的方法。 在建立了非线性畸变数学模型的基础上,提出了采用标准图形法求解相机镜头产生的非线性畸变方法。这种方法的求解过程可在实验室中进行。设计了求解方案,研究了对应的计算方法和计算步骤。这样可以在进行三维重构的处理之前,先对图像进行线性化的校正,消除图像中的非线性畸变,使后续的所有处理都在线性条件下进行。 文中提出了数码相机参数分组标定的方法,即将数码相机的内部参数和外部参数分别标定,相机的内部参数标定在实验室中进行。内部参数的标定有两种方法,一种是快速简易求解的办法,另一种是精确求解的方法。数码相机外部参数标定采用了透视矩阵法。 在对数码相机外部参数标定方面,本文还提出了一种称之为直角三点标定法。这种方法简化了标定装置的结构,仅需要成直角关系的三点作为标定装置。在标定装置三点成像的光线上建立一个直角三角形,使这个直角三角形与标定装置的三角形相似,由此来确定相机的所有外部参数。文中对这种方法进行了详细的理论推导和过程设计。 公路路产赔偿管理系统的成功开发和应用,证实了上述研究成果的正确性和实用性。
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