基于灭点优化的单幅图像三维重建

作     者：汪家悦 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘震

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：三维重建 灭点优化 相机标定 几何约束 规则物体 单幅图片 

摘      要：单幅图像的三维重建任务不用面对多幅图像在重建过程中会涉及特征匹配的这个难题,并且需要图像信息少,是三维重建研究领域的一个热点。在城市规划、无人机应用和数字媒体等领域都发挥了极大的作用。由于其具有利用的信息少且方便快捷等优势,受到专家学者的关注。在现实生活中有许多物体的结构是长方体,所以本文的重建对象是长方体。本文对具有长方体结构的单幅图像进行三维重建任务,根据摄像机标定与物体本身具有的几何性质来完成重建任务。在摄像机标定过程中,对灭点精度的要求很高。本文提出一种充分利用灭点直线特征的灭点检测算法得到有效的直线,优化了灭点精度。首先对图像进行处理,提取出图像中的直线,根据灭点直线具有的特征,对三个不同方向的灭点直线束进行初步分组,再根据各方向的直线在参数空间中满足线性分布关系和直线的重要程度,利用改进的加权回归算法,剔除误差直线,再利用最短距离乘法解算灭点。得到精确灭点后,根据灭点的性质获得摄像机的内外参数。利用人工标定的图像二维点,通过计算求得的摄像机内外参数和物体本身的几何特征计算相应的三维坐标,最后利用OPENGL软件实现目标物体的三维重建。此方法有效剔除了无效直线的干扰,提高了灭点精度,从而实现相机的准确标定。以包装盒,快递盒为例,通过实验对比过程,改进的灭点检测算法得到了更多的有效直线,实现了相机的精准标定。利用OpenGL重建的三维模型误差控制在2.5%以内,能够很好的实现三维重建。