收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于图像灰度的自由曲面重构算法研究

郝平  
【摘要】:利用图像灰度信息重构物体三维表面(简称SFS,Shape from Shading)的方法是一种重要的非接触曲面测量手段,在遥感、工业测量、模式识别、产品监控、显微测量等领域都有着广阔的应用前景,近年来成为基于视觉的曲面测量领域研究的热点和难点问题。但是现有的SFS方法仍存在曲面重构精度较低、在图像辐射度方程的迭代求解过程中容易发散以及光照方向参数测量过程复杂等难以解决的问题,整个理论体系还不完善。本文详细介绍了SFS方法与其它测量方法相比所具有的优势、现有的SFS方法曲面重构原理及其国内外研究现状。分析了现有的SFS方法中存在的问题,针对这些问题提出了相应的解决方法,并通过实验验证了本文所提出的算法,力求对SFS方法理论的完善做出贡献,希望能够推动SFS方法从理论研究转化到实际应用中。 现有的SFS方法集中研究基于Lambert光照模型的图像辐照度方程逆向求解算法,Lambert光照模型是一个经验模型,未能考虑观察方向和物体表面粗糙度对光反射强度的影响,无法客观地描述光反射现象的物理过程。因此,近年来虽然提出各种SFS方法所对应的非线性偏微分方程组的求解算法,但是曲面重构结果的精度始终未能获得较大突破。本文针对光反射现象进行了详细分析,忽略了一些对SFS方法影响较小的光反射分量,将反射光分为漫反射分量和镜面反射分量,以基于光度学和辐照度学理论推导得到的高精度物理光照模型Oren-Nayar模型为基础,根据SFS方法的特点简化了Oren-Nayar光照漫反射模型,并对其增加了镜面反射分量,将光的漫反射分量和镜面反射分量加权相加构成适用于SFS方法的光照模型。该光照模型比传统的几何光照模型精度高,对物体表面粗糙度没有限制,并具有相对简单的数学表达形式,满足了SFS方法的需要。 本文针对改进的光照模型提出了相应的SFS方法的最小化算法。由于SFS方法本身是对一个病态的非线性偏微分方程进行求解,所以在求解过程中需要增加光强约束条件、表面光滑约束条件和表面可积性约束条件,使之转变为可以迭代求解的问题。在迭代求解过程中给出了边界条件和收敛判据,分别基于Lambert光照模型和改进的光照模型对已知形状曲面图像进行重构,通过对重构精度的比较验证了改进的光照模型可以提高重构曲面的精度。同时,本文利用改进的光照模型及其相应的图像辐照度方程逆向求解算法对不同类型的曲面图像进行重构,验证了该光照模型及其相应的SFS算法具有普遍适用性。 由于非线性偏微分方程的迭代求解算法复杂,在迭代过程中经常收敛到极小值。因此,本文提出一种基于神经网络模型间接求解曲面高度的方法,将神经网络模型看作是光照模型及辐照度方程逆向求解的非线性逼近函数,将形状已知的曲面图像中某一点的灰度、其邻域内点的灰度以及该点的光照条件参数作为输入参数对网络模型进行训练,


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张红兵,杜建红,况定科;内燃机燃烧室芯头反求设计的CAD/CAM技术研究[J];机械设计与制造;2003年05期
2 朱玉红;快速反求工程及其在快速成形制造中的应用[J];机电工程;2004年08期
3 杨雪春;;反求工程中特征与约束技术研究[J];河南理工大学学报(自然科学版);2009年04期
4 孙立建,徐安平,檀润华;反求技术在RPM中的应用[J];河北工业大学学报;1999年06期
5 江征风;徐瑾;;车模反求设计与加工的教学实践[J];机械制造与自动化;2006年03期
6 熊汉伟,张湘伟;通过摄像实现便捷的3D曲面建模[J];光学技术;2002年04期
7 熊汉伟,刘小鹏,熊汉伟,张湘伟;利用数码相机建立轿车数字模型库[J];机械设计与制造;2002年02期
8 白海清;侯红玲;赵永强;;车身覆盖件的曲面重构及数控加工[J];机械设计与制造;2009年01期
9 胡爱田;缪丹云;朱双明;;基于Imageware和Pro/E的反求工程应用[J];机电工程技术;2006年12期
10 张文信;黄阳;潘卫国;;反求工程的一种曲面插值算法[J];机电产品开发与创新;2008年05期
11 周志华,廖小平,李俚,肖苏华,王烈;基于NURBS造型的复杂曲面零件反求工程研究[J];现代制造工程;2004年04期
12 乔桂玲,韦政办;反求工程中基于NURBS的曲线、曲面重构研究[J];林业机械与木工设备;2005年06期
13 郭迎福;李兵;陈安华;王晓强;李鹏南;;激光扫描点云数据的NURBS曲面重构技术研究[J];湖南科技大学学报(自然科学版);2006年03期
14 接志波;;反求工程中基于特征截面线的曲面重构技术研究[J];科技风;2008年11期
15 张湘伟,成思源,熊汉伟;基于照片的实体建模方法的现状及展望[J];机械工程学报;2003年11期
16 余小勇;;反求工程中基于DMIS的自动加密测量和精确重构技术研究[J];铸造技术;2006年08期
17 赵作智,林亨,时晓明;采用能量方程优化零件数据模型[J];机械设计与制造;2000年02期
18 伏艳;李忠科;刘志勤;;基于反求工程的牙颌模型的建立[J];电脑知识与技术(学术交流);2006年17期
19 陈勇,刘雄伟;反求工程CAD建模技术[J];华侨大学学报(自然科学版);2001年04期
20 熊汉伟,张湘伟;陶瓷品数字建模方法新探[J];中国陶瓷;2002年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 田涌涛;洪锡军;王有庆;李从心;;计算机视觉在先进制造技术中的应用[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
2 马正元;杜丽敏;靳国旺;;基于反求工程的自由曲面建模[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
3 周红;刘光蓉;;计算机视觉及其在谷物籽粒检测分级中的应用[A];中国粮油学会第三届学术年会论文选集(下册)[C];2004年
4 柯杏;何晓兰;姜国权;杜尚丰;;摄像机标定及基于平行直线特征的算法研究[A];2007年中国农业工程学会学术年会论文摘要集[C];2007年
5 许建明;孔德润;孙斌;张磊;胡乃中;付忠谦;何兵兵;谢岳;;基于计算机视觉的无创性食管曲张静脉测压仪及其检测方法[A];中华医学会第七次全国消化病学术会议论文汇编(下册)[C];2007年
6 王划一;王效良;;计算机视觉在绗缝机自动编程及控制中的应用[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
7 刘纪红;许强;赵丽红;徐心和;吴宏亮;;一种基于计算机视觉技术的车流量检测方案及其实现[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
8 曹殿才;;数字摄影测量与数字地球[A];2001年东北三省测绘学术与信息交流会论文集[C];2001年
9 王以忠;王玉峰;李达;黄华芳;张锐;;用于二维对称复杂形状工件视觉识别的分组编码法[A];2010中国仪器仪表学术、产业大会(论文集1)[C];2010年
10 刘兵;司秉玉;;基于图像区域搜索法的彩色球目标识别与跟踪[A];中国仪器仪表学会第五届青年学术会议论文集[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郝平;基于图像灰度的自由曲面重构算法研究[D];大连理工大学;2005年
2 李庆中;苹果自动分级中计算机视觉信息快速获取与处理技术的研究[D];中国农业大学;2000年
3 乌秀春;反求工程中基于图像灰度信息的三维曲面重构研究[D];大连理工大学;2002年
4 冯斌;计算机视觉信息处理方法与水果分级检测技术研究[D];中国农业大学;2002年
5 赵书涛;基于计算机视觉的直读仪表校验方法研究[D];华北电力大学(河北);2006年
6 孟祥艳;牛肉物理特性与品质的检测方法研究[D];吉林大学;2010年
7 谢存;计算机视觉中若干问题实现技术和算法的研究[D];大连理工大学;2002年
8 张彦娥;基于计算机视觉技术温室作物长势诊断机理与方法研究[D];中国农业大学;2005年
9 王彪;计算机视觉技术在低空突防与精确打击中的应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
10 杨述平;基于计算机视觉的三维测试技术研究[D];中北大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李东泽;反求工程曲面重构技术研究[D];大连理工大学;2003年
2 张秀萍;基于点云数据复杂曲面的三维重构[D];新疆大学;2004年
3 文学红;轮胎花纹反求与数字化设计研究[D];广东工业大学;2005年
4 王明炎;反求工程中散乱点曲面重构三角剖分的研究[D];大连海事大学;2005年
5 张金萍;反求工程中重构精度的研究及其在凸轮反求设计中的应用[D];昆明理工大学;2002年
6 刘艳;基于结构光测量技术的自由曲面反求工程关键技术的研究[D];河北工业大学;2000年
7 沈继刚;反求工程在复杂冲压零件及成形模具设计中的应用研究[D];重庆大学;2003年
8 马英军;船用低速柴油机排气阀阀杆与转翼的几何反求研究[D];大连交通大学;2010年
9 刘志明;基于曲面重构技术的塑料异型材挤出模具制造技术研究[D];大连理工大学;2005年
10 侯贵堂;基于B样条的弧面凸轮反求设计与研究[D];大连理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 刘垠;首届中美视觉夏令营开营[N];大众科技报;2009年
2 本报记者 姜晨怡;计算机也会有错觉[N];科技日报;2007年
3 王悦承;逾30篇中国论文入选ICCV[N];中国计算机报;2005年
4 本报记者 薛娟;未来搜索:没有搜索的搜索[N];中国经济时报;2010年
5 ;数字媒体:共享缤纷世界[N];中国计算机报;2006年
6 ;生活中的计算机视觉[N];中国计算机报;2006年
7 张东风;从模仿创新到同场竞技[N];中国企业报;2006年
8 记者 胡祥修;莲花山建成世界最大图像数据库[N];湖北日报;2006年
9 记者 李大庆;我在国际计算机视觉算法竞赛中摘金[N];科技日报;2011年
10 本报记者 房琳琳;沈向洋:双榜院士“中国造”[N];科技日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978