基于人工地標的多視角三維曲面拼接方法研究.pdf

1、因目標表面超出攝像機視場范圍、回轉體各部分之間相互遮擋或者測量精度的要求等原因,使得從任何測量角度都無法實現一次完成整個目標的三維測量工作,大型物體表面和回轉體表面的檢測往往需要分塊測量,然后將各個分塊測得的曲面數據進行歸一化,實現物體整體形貌測量。因此三維曲面拼接是實現物體形貌測量的關鍵技術之一,同時也是計算機視覺和數字圖像處理領域的重要研究方向之一。
　　 課題組在前期提出了基于符號M陣列結構光的三維曲面檢測方法,并實現了在

2、二值光源投射下動態(tài)場景的三維檢測與重建,該三維檢測方法適合測量大尺寸且表面曲率變化較小的目標物體。由于這些物體表面不具有明顯特征,因此不宜采用自由拼接方法?；谠撊S檢測方法,本文研究了一種基于目標表面地標的三維曲面拼接方法,實驗表明該方法具有一定的拼接精度和較高的魯棒性。
　　 該方法在目標表面上設置一組地標,通過提取地標,獲得地標的圖像坐標,從而求解出地標的世界坐標,由地標的世界坐標求解出不同視角下坐標系間的變換矩陣,實現三

3、維曲面拼接,本論文的主要內容包括以下幾個方面:
　　 (1)地標識別與定位方法研究。在待檢測目標表面設置人工地標,通過圖像平滑、閾值分割對采集的地標圖像進行預處理,利用地標所含白色連通域的個數對圖像地標進行識別,采用最小二乘擬合法對地標中心進行定位,并通過檢測點坐標分析計算地標的世界坐標,同時也給出了Matlab下三維曲面模擬生成的方法。
　　 (2)基于三地標的曲面拼接方法研究。研究了基于三地標的三維數據拼接的確定和原

4、理,推導出了變換矩陣的求解過程,然后根據變換矩陣將分塊測量的世界坐標系進行歸一化。研究并分析了常用三地標的曲面拼接方法,提出了采用過渡坐標系求取變換矩陣的方法。提出了曲面拼接后的評判標準與曲面的平滑處理方法。
　　 (3)多地標拼接系統(tǒng)中地標的優(yōu)化選擇研究。在兩個相鄰曲面公共區(qū)域中有眾多地標的曲面拼接中,研究了基于特征和迭代配準算法的優(yōu)勢以及所存在的不足,提出了在眾多地標中選取其中最優(yōu)三個地標作為拼接地標的方法。研究并確定了地標