基于未校准光度立体技术和参照物的三维表面重建

未校准的光度立体技术(PMS)在重建物体三维形状时比经典的PMS的光照约束条件低,增加了在实际应用时的灵活性;但未校准PMS算法需要同时估算输入图像的光参数以及物体的三维形状,算法的求解难度也随之提高。提出一种基于未校准PMS和参照物的算法来估算目标物体的三维形状和反照率;并通过实验对合成物体以及自然光环境下的真实物体进行了三维重建。实验结果验证了算法的准确性和有效性。     

一种从明暗恢复形状的快速黏性解算法

针对传统的从明暗恢复形状(SFS)算法存在误差大、耗时长的问题,提出了一种SFS的快速黏性解算法(PSFS-FVS).首先假定物体表面反射模型为朗伯模型,建立透视投影下的图像辐照度方程,然后将该方程转化为包含物体表面深度信息的静态Hamilton-Jacobi偏微分方程,使用非线性规划原理逼近该微分方程的黏性解,进而得到物体表面的三维形状.合成花瓶图像的实验结果表明:与Prados-Faugeras算法相比,PSFS-FVS算法在相同迭代次数时,恢复三维形状高度的平均相对误差降低了8.7%;在相同的误差条件下,所需的CPU运行时间减少了23.5%.实际人脸图像的三维形状恢复结果表明,PSFS-FVS算法在恢复局部细节信息时更加准确有效.     

一种由阴影恢复物体表面形状算法

提出了一种基于Hamilton方程粘性解理论的由阴影恢复物体表面的改进算法。应用针孔相机模型建模,建立新的Hamilton偏微分方程,从而得到物体三维形状。对合成图像和实际图像的实验表明本文算法可以得到较好的从阴影恢复形状的重构效果图。     

利用体视图象确定物体的三维座标

本文提出的体视分析技术确定物体三维座标的过程包括:(1)摄象机校准,(2)体视图象采集,(3)图象预处理,(4)体视匹配,(5)物体采样点的三维座标计算。本文提出了简便有效的摄象机校准方法,给出了最小二乘法和拉格朗日乘数法计算三维座标。实验结果表明得到了满意的测量精度。     

基于单目运动摄像机的三维物体运动参数估计

针对单目视觉监测系统摄像机和目标物体同时运动时,如何有效测量物体三维运动参数的难题,提出一种基于单目序列图像对插入虚拟视点的算法确定运动物体位姿及运动参数的方法。动摄像机连续采集运动物体的图像序列,根据摄影几何原理对摄像机和运动物体进行分析,结合本质矩阵的特性,估算空间物体运动参数。实验结果表明,该方法能够在为摄像机与目标物体同时运动的情况下,有效地估测出物体三维运动参数,且该方法简单有效,具有较高的精确度和准确性。     

机器人自主抓取的三维点云基本形体简化算法

针对抓取任务的非结构化特性,提出一种基于非规则物体三维点云的基本形体简化算法,为抓取策略的选取提供思路,提高机器人自主抓取的准确率.将不规则的复杂物体简化为由基本形体组成的简单物体,基于三维网格分割算法将物体3D数据点进行分割,依据最优拟合算法将分割后各部分拟合为球体、椭球体、圆柱体和平行六面体中的一种,实现对复杂物体的简化.实验结果表明:本文算法可应用于不同形状及姿态的非规则物体抓取,具有较高的鲁棒性.     

基于二维成像的三维物体形状特征分析

目前三维物体识别方法在识别过程中所需数据量大、难以实用。该文简化三维物体识别过程,构建了一个基于单视点二维投影图像的三维物体识别系统。分别选取Zernike矩、基于Trace变换的Triple特征、MSA等三种形状特征,实现了对物体的视点空间的聚类划分。在普林斯顿三维模型库上,通过分类识别实验分析三种形状特征的性能。实验表明:特征对不同类别物体的分类效果差异明显。该文由此提出了针对目标物体形状及应用环境的特征选取方案。     

利用OpenGL实现三维物体形状检测可视化

针对三维物体形状检测数据,提出一种简单、可行的基于轮廓线的曲面重构算法,并在C Builder 6.0开发平台上,利用OpenGL(open graphic library)编程,实现了三维物体形状检测的快速可视化.     

一种适合漫反射表面从明暗恢复形状的快速算法

针对使用朗伯反射模型描述漫反射表面的形状恢复算法存在较大误差的问题,提出了一种基于Oren-Nayar反射模型的从明暗恢复形状的快速算法(FSFS-ON).首先假定摄像机采用正交投影,其方向与光源方向一致,建立适合漫反射表面的图像辐照度方程,然后将该方程转化为包含物体深度信息的Eikonal偏微分方程,使用单调迎风Godunov Hamiltonian函数和fast marching方法逼近该微分方程的黏性解,进而得到物体表面的三维形状.合成花瓶图像的实验结果表明:与同类算法相比,FSFS-ON算法所需的CPU运行时间有较大幅度的减少;与基于朗伯反射模型的算法相比,FSFS-ON算法恢复三维形状高度的均方根误差降低了35.04%.     

一种动态场景的三维重建方法

从图像恢复物体可见表面的三维形状简称3D重构,它是三维计算机视觉中重要研究方向．本文讨论变参数摄像机模型下动态场景的三维重构．主要实现场号中除存在平移运动的物体外,还至少存在三个以上的作独立（一般）刚体运动物体的三维重建．实验表明,本文所提的算法是可行的,并且具有一定的鲁棒性．     

Shape recovery using high dynamic range images

An effective method for object shape recovery using HDRIs (high dynamic range images) is proposed. The radiance values of each point on the reference sphere and target object are firstly calculated, thus the set of candidate normals of each target point are found by comparing its radiance to that of each reference sphere point. In single-image shape recovery, a smoothness operation is applied to the target normals to obtain a stable and reasonable result; while in photometric stereo, radiance vectors of reference and target objects formed due to illuminations under different light source directions are directly compared to get the most suitable target normals. Finally, the height values can be recovered from the resulting normal field. Because diffuse and specular reflection are handled in an unified framework with radiance, our approach eliminates the limitation presented in most recovery strategies, i.e., only Lambertian model can be used. The experiment results from the real and synthesized images show the performance of our approach.     

基于光度立体视觉法的织物三维表面形态研究

提出了一种基于光度立体视觉方法对织物进行三维表面重建.结合有限差分法,获取织物的三维轮廓数据.重建织物的表面形状并加以分析.     

基于轮廓线的旋转体三维重建

由旋转体的二维灰度图像恢复其三维形状已经成为计算机视觉领域的一个研究热点.对该问题进行了深入的研究,提出了一种基于单幅图像,采用轮廓线特征信息进行旋转体重构的方法.该方法从一幅二维灰度图像中提取旋转体作为研究对象,通过角点检测方法获取有效轮廓线及其分段曲线,根据分段曲线类型及其特征信息构造旋转体的对称轴,结合旋转体的几何特性实现了旋转曲面的三维重建.实验证明,该方法可以根据旋转体的二维灰度图像方便有效地重建出其三维形状.     

基于交互式演化算法的陶瓷产品造型设计研究

伴随数字技术发展,其应用范围已经扩展到各个行业包括陶瓷设计行业,因此提出基于数字交互式图像三维演化算法对陶瓷产品进行造型设计。首先,利用改进的马尔可夫随机场对陶瓷图像实现预分割,在该随机场中根据图像的连续性和约束性对分割图像的边缘信息实现保存,同时使该特性反映特征能量函数,并运用函数提高分割精度初步实现陶瓷图像立体匹配;其次,以图像立体匹配为基础对陶瓷造型实现表面三维重建,利用隐式拟合泊松三维重建算法,将陶瓷造型目标通过估计指标函数对其实现等值面获取,并得到三角化表面预估函数,利用指示函数梯度并构造向量域通过二者积分关系获得指示函数梯度,最后采用梯度重新计算指示函数完成陶瓷产品三维造型设计。实验证明,利用图像结合三维重建的交互演化算法可以较好地完成对陶瓷产品的造型设计。     

基于光度立体图像三维重建的起皱织物表面形态

采用不同光照条件下拍摄的多幅图像,利用光度立体技术对织物表面进行3D重建.首先根据物体表面的照度方程,引入广义逆的概念求解物体表面方向进而确定表面梯度,再运用线积分计算表面高度,结合变分和有限差分思想对所得拟合表面进行进一步的迭代和修正,获得最佳重建表面.将该算法运用到AATCC织物平整度模板图像的三维重建,可获取三维深度信息,并结合4个特征值表征织物起皱程度.     

一种点目标三维重构的新算法

双目立体视觉研究利用二维投影图像恢复三维景物世界的问题,其中三维重构是立体视觉测量过程的主要组成部分之一,是从二维图像恢复三维景物的关键环节.针对空间点目标的三维重构,传统的方法是采用最小二乘法进行的,但是由于最小二乘法没有考虑所建立的超定方程组所代表的几何意义,所以计算出的点坐标精度不高.对此,从几何学的角度出发,提出了一种异面直线公垂线段中心法来提高点目标的重构精度.实验表明,该方法比传统的最小二乘法具有更高的测量精度.     

基于光度立体视觉的起皱织物表面形态重建研究

提出一种基于光度立体视觉方法对织物表面进行三维重建，先利用合成图像验证该算法，再将其应用于真实织物，该算法中结合了有限差分法，来获取织物的三维轮廓数据，并采用四个特征参数定量描述织物的起皱程度。     

基于OpenCV的双目测距系统

为解决利用双目设备实现测距并使测距时间控制在毫秒级的问题, 研究了摄像机标定、 立体校正、 极线约束下的块匹配和三维重建等关键技术。使用立体相机将拍摄多个角度的棋盘照片保存到计算机中进行角点检测和标定, 以获得摄像机参数。使用Bouguet标定立体校正算法\, 立体匹配使用块匹配方法。得到视差图后求出三维点云, 进行三维重建, 根据三角相似原理计算目标物体的距离。使用OpenCV2.4.3, 在VS2010编译环境下, 用VC++编程实现。该系统只需普通立体相机采集图像, 成本低, 与其他立体匹配方法相比, 块匹配方案测距速度快且准确度满足应用的要求。     

一种不受高光和阴影约束的形状恢复算法

针对高光和阴影同时存在时，用传统的4光源光度立体法进行三维形状恢复存在较大误差这一问题，提出一种4光源法向量选取算法．通过将不同像素恢复的法向量与镜面反射方向进行比较，并选取与之最接近的法向量为所求法向量进行形状恢复，避免了传统算法中用阈值剔除高光和阴影造成的误差，去除了高光和阴影对算法的约束，扩大了算法的适用范围，在高光和阴影未知的情况下，可以更加稳定地恢复出物体形状，而且大大提高了恢复的精度．仿真表明，该算法可以恢复不同颜色和材质的物体形状，与传统算法相比，在最坏的输入情况下，高度相对误差从40％～50％下降到5％左右．     

一种基于背景重建和视差图的立体视频对象分割算法

提出了一种基于背景重建和视差图的立体视频分割算法,利用背景、视差和边缘等信息进行运动对象分割。该算法首先采用基于块的背景重建方法获取视频序列的背景信息,再利用背景相减法获得运动对象的初步分割结果,然后利用立体匹配获得的视差图对初步分割结果进行修正,最后利用边缘信息和后处理操作获得最终的立体视频运动对象。实验表明,该算法能够有效地从运动背景中将视频运动对象完整地提取出来。