動(dòng)態(tài)變形表面的三維測(cè)量與跟蹤方法研究.pdf

1、自然場(chǎng)景中，有很多現(xiàn)象可以抽象成三維空間的動(dòng)態(tài)變形運(yùn)動(dòng)，例如風(fēng)中飄動(dòng)的旗幟、水中游動(dòng)鯊魚的表面、講話時(shí)的人臉等等。目前，尚沒有成熟的手段研究這些現(xiàn)象中的三維運(yùn)動(dòng)。若能精確得到動(dòng)態(tài)變形物體的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，一方面對(duì)于研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，揭示背后隱藏的機(jī)理有著重要的科學(xué)意義;另一方面存在著巨大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可以大大推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，如影視、動(dòng)漫、游戲、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)。為了獲取動(dòng)態(tài)變形物體的三維運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，本文提出了三種方法。
　　第一

2、種方法是基于聯(lián)合優(yōu)化的動(dòng)態(tài)變形表面三維測(cè)量及跟蹤方法。該方法是基于圖像塊的被動(dòng)式測(cè)量方法，將圖像劃分成很多小塊，同時(shí)考慮立體圖像序列中的立體匹配和時(shí)間上的前、后幀之間的圖像塊匹配，采用時(shí)空關(guān)聯(lián)的聯(lián)合優(yōu)化方法。優(yōu)化時(shí)，假設(shè)立體圖像塊之間是仿射變換，而前、后幀圖像塊之間是平移變換。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能有效地獲取時(shí)空關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)變形表面的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。然而，正是由于采用了聯(lián)合優(yōu)化方法，優(yōu)化時(shí)，需要同時(shí)考慮較多的參數(shù)，為優(yōu)化帶來一定的難度。鑒于此，本文

3、提出了第二種方法。
　　第二種方法是從最穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展的三維測(cè)量與跟蹤方法。該方法提出了一種基于圖像塊的區(qū)域擴(kuò)展技術(shù)，每次都從最穩(wěn)定的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展，通過獨(dú)立的計(jì)算圖像像素運(yùn)動(dòng)和立體匹配來進(jìn)行三維的測(cè)量和跟蹤。由于分開考慮立體匹配和前、后幀的匹配，優(yōu)化參數(shù)減少，優(yōu)化結(jié)果也更加精確，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但是，該方法是一種被動(dòng)式測(cè)量技術(shù)，需要被測(cè)的物體表面有較為豐富的紋理。由于存在這種局限，使用該方法測(cè)量較長(zhǎng)的立體圖像序列時(shí)，會(huì)出

4、現(xiàn)累積誤差問題。為了解決誤差累積問題，本文提出了第三種方法，該方法采用了主動(dòng)式測(cè)量技術(shù)。
　　第三種方法是基于灰度隨機(jī)三角形紋理的動(dòng)態(tài)變形表面三維測(cè)量及跟蹤方法。該方法需要在被測(cè)物體表面噴涂灰度隨機(jī)三角形紋理。該方法中解決了如何產(chǎn)生隨機(jī)灰度三角形紋理、如何在立體圖像序列中檢測(cè)灰度隨機(jī)三角形、如何在立體圖像中匹配三角形，以及如何在圖像序列中跟蹤三角形等一系列問題。實(shí)驗(yàn)證明該方法能精確穩(wěn)定地測(cè)量動(dòng)態(tài)變形表面的三維形狀和三維運(yùn)動(dòng)，并且有