室內場景重建關鍵問題研究.pdf

1、在圖像處理和計算機視覺領域中,對各種場景的三維建模一直都是一個具有重要研究意義和應用價值的課題。相對于其他場景的三維建模,對于建筑物室內場景的三維建模可以應用于火災救援、密室探險和考古挖掘等必不可少卻能夠對人類生命造成威脅的探測活動中。由于建筑物室內場景內往往存在大量的遮擋物體和劇烈的光照變化,近年來,對于建筑物室內場景的三維重建成為了三維重建相關領域中的一個具有挑戰(zhàn)性的問題。劇烈的光照變化導致的畸變圖像和室內場景中大量的遮擋物體,導致

2、傳統的算法很難根據所得到的圖片對相應的室內場景進行三維重建(攝像機標定、系列圖像匹配和紋理渲染等)。本文提出了一種從單視角圖像恢復室內場景主要框架結構,然后再給重建出來的框架結構渲染上校正后的圖像紋理的室內場景重建方法。和傳統的基于系列圖像的方法相比,基于單幅圖像的建模方法,更加具有實用性。論文的主要貢獻如下:
　　1.本文提出了一種圖像坐標系下的基于環(huán)形模板的棋盤格角點檢測算法。該算法通過分析棋盤格角點附近的灰度分布應滿足一定的

3、對稱性和灰度交替性等性質,進而得出環(huán)形模板卷積后的圖像應滿足的性質。而后,利用該性質來定義并提取棋盤格角點,最后利用局部冗余角點分布的對稱性來去除冗余角點,使提取的角點更精確,從而直接達到亞像素精度。實驗結果表明:本文提出的棋盤格角點檢測算法在曝光過度、鏡頭畸變和復雜背景情況下均能取得較好的效果,且運算速度快,誤差小。將該算法應用于實際攝像機標定,結果顯示重投影誤差在0.3個像素以內。
　　2.本文提出了一種基于圖像物理坐標的圓形

4、模板算子來遍歷棋盤格圖像的方法,使得提取的角點直接達到亞像素精度。該方法首先采用形態(tài)學膨脹的方法對整幅圖像進行處理,從而令發(fā)生畸變的角點局部區(qū)域被覆蓋,然后采用一個圓形模板來遍歷膨脹后的圖像,最后通過分析遍歷后的圓形模板的灰度分布和計算冗余角點的質心坐標來得到棋盤格角點。實驗結果表明,本文算法在存在畸變的棋盤格圖像和復雜場景中都能取得較好的檢測效果,應用到攝像機標定中,重投影誤差在0.3個像素以內,檢測效果較好,證明了本文算法的有效性。

5、
　　3.本文提出了一種基于直線優(yōu)化和投票機制的方法。該方法通過修正、連接、和添加等手段來對初始直線段進行優(yōu)化,然后提出了一種在交比約束和深度約束下的迭代投票機制,從優(yōu)化后的直線中提取出室內場景框架結構。實驗結果表明,本文算法和現有的算法相比,具有一定的優(yōu)越性,特別是在復雜的室內場景框架檢測任務中。
　　4.本文將從得到的棋盤格角點坐標估計出的攝像機參數用于室內場景圖像校正,然后把校正后的圖像用于渲染室內場景框架結構的任務中