基于雙目視覺的物體表面三維復(fù)雜運(yùn)動(dòng)重建及其應(yīng)用.pdf

1、物體表面受到外力及溫度變化作用下會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的三維運(yùn)動(dòng)，這種自然界中常見的現(xiàn)象吸引著眾多領(lǐng)域的科學(xué)家。定量分析物體表面的運(yùn)動(dòng)，在計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)等諸多學(xué)科中有著重要的意義和廣泛的應(yīng)用。而其中最關(guān)鍵的一步就是獲取準(zhǔn)確的物體表面三維運(yùn)動(dòng)信息。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的不斷發(fā)展，通過視頻攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來重建物體表面的三維運(yùn)動(dòng)已逐漸成為可能。
　　物體表面的三維運(yùn)動(dòng)可以用一系列縝密采樣點(diǎn)的三維運(yùn)動(dòng)軌跡來描述。根據(jù)視頻攝像機(jī)在不同

2、視角同步拍攝的圖像序列，匹配采樣點(diǎn)在各時(shí)刻各視角中的對應(yīng)位置，便可以運(yùn)用三維重建技術(shù)來計(jì)算采樣點(diǎn)的三維運(yùn)動(dòng)。然而，從不同視角圖像序列中匹配采樣點(diǎn)的對應(yīng)位置是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。主要的難點(diǎn)是:采樣點(diǎn)周圍局部圖像的位置、形狀和亮度，會(huì)因?yàn)橐暯堑母淖?、物體表面的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)、光照角度變化、運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的自遮擋等因素，而發(fā)生劇烈的變化。為了解決這些困難，本論文提出了兩種準(zhǔn)確、穩(wěn)定且自動(dòng)化的方法，用來匹配不同圖像間的縝密對應(yīng)關(guān)系。
　　本文提出的

3、基于特征點(diǎn)匹配的漸進(jìn)重建方法，利用了特征點(diǎn)的檢測和描述對于常見圖像變換的不敏感性，并運(yùn)用時(shí)域約束和跨視角約束大大提高圖像之間特征點(diǎn)匹配的成功率和可靠性，從而得到物體表面運(yùn)動(dòng)前的參考圖和其他各圖像之間的稀疏對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)匹配特征點(diǎn)在采樣點(diǎn)局部擬合幾何變換來初始估計(jì)其對應(yīng)關(guān)系，最后通過迭代優(yōu)化獲得采樣點(diǎn)的最佳對應(yīng)位置。通過比對參考圖和任一目標(biāo)圖間的圖像相似程度，可以自動(dòng)檢測采樣點(diǎn)的被遮擋及遮擋后的重現(xiàn)。同時(shí)，運(yùn)用參考圖還可以避免長序列跟

4、蹤中出現(xiàn)誤差累積。
　　本文提出的優(yōu)化參數(shù)傳遞方法，能夠利用采樣點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)相關(guān)性，根據(jù)已有采樣點(diǎn)的對應(yīng)位置，準(zhǔn)確估計(jì)其鄰域中其他采樣點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。與傳統(tǒng)的直接參數(shù)傳遞不同，該方法使用傳遞函數(shù)對相鄰采樣點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)差異進(jìn)行量化建模，因此能夠提供更準(zhǔn)確的初始參數(shù)估計(jì)，從而大大提高迭代優(yōu)化算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化時(shí)的收斂準(zhǔn)確率和計(jì)算效率。同時(shí)，優(yōu)化參數(shù)傳遞能夠容許更大的采樣間隔以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)在采樣點(diǎn)之間的迅速變化。此外，該方法在每次傳遞時(shí)優(yōu)