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基于图像的三维建模算法与实验研究

闫雯  
【摘要】: 目前,反求工程的数据采集大多采用传统的接触式测量方法。虽然这种方法具有较高的精度,但它的固有缺点却大大限制了其使用范围。基于光学原理的非接触式测量方法从根本上避免了接触式测量方法的缺陷,同时随着技术的发展其测量精度也在不断提高。本文在计算机视觉中的立体视觉理论基础上,提出了面向产品外观反求设计的基于图像的三维建模算法方案。 论文首先从现有的三维建模方法入手,分析了各种方法的优缺点及适用范围,针对产品外观反求设计的要求,选定了计算机视觉领域中基于图像的三维建模方法;然后综合分析比较了现有文献介绍的几种角点检测算子,选择了稳定性较好的Harris算子;其次在分析现有的相机标定算法的优缺点的基础上,用Matlab编程实现了基于共面点的相机线性标定方法,考虑了镜头的非线性畸变而又避免了非线性优化,同时标定出了相机的全部内外参数;再次利用双目立体视觉成像原理,根据不同位置拍摄的两幅或多幅照片中的对应点的图像坐标,计算它们在空间中对应点的三维坐标,实现了由多幅图像来恢复物体的深度信息;最后,利用这些坐标在Rhino中实现了由离散的稀疏点云数据建立三维实体模型。 本文的三维建模方法对拍摄物体的大小尺寸、位置没有要求,同时整个过程只需要一台数码相机,极大地降低了传统建模系统中对设备的要求。同时由Rhino生成的模型可以直接以STL文件格式输出到快速成型机进行RP制造,实现了基于图像的三维建模与RP制造的无缝结合。本文所研究的基于图像的三维建模理论及其算法,将计算机视觉领域的研究成果引入反求工程领域,丰富了反求工程的理论和方法,具有较高的理论意义和广阔的实际应用前景。


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