基于人工地標(biāo)的多視角三維曲面拼接方法研究.pdf

1、因目標(biāo)表面超出攝像機(jī)視場范圍、回轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)一次完成整個目標(biāo)的三維測量工作,大型物體表面和回轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化,實(shí)現(xiàn)物體整體形貌測量。因此三維曲面拼接是實(shí)現(xiàn)物體形貌測量的關(guān)鍵技術(shù)之一,同時也是計算機(jī)視覺和數(shù)字圖像處理領(lǐng)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(jié)構(gòu)光的三維曲面檢測方法,并實(shí)現(xiàn)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(biāo)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(biāo)表面地標(biāo)的三維曲面拼接方法,實(shí)驗(yàn)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(biāo)表面上設(shè)置一組地標(biāo),通過提取地標(biāo),獲得地標(biāo)的圖像坐標(biāo),從而求解出地標(biāo)的世界坐標(biāo),由地標(biāo)的世界坐標(biāo)求解出不同視角下坐標(biāo)系間的變換矩陣,實(shí)現(xiàn)三

3、維曲面拼接,本論文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 (1)地標(biāo)識別與定位方法研究。在待檢測目標(biāo)表面設(shè)置人工地標(biāo),通過圖像平滑、閾值分割對采集的地標(biāo)圖像進(jìn)行預(yù)處理,利用地標(biāo)所含白色連通域的個數(shù)對圖像地標(biāo)進(jìn)行識別,采用最小二乘擬合法對地標(biāo)中心進(jìn)行定位,并通過檢測點(diǎn)坐標(biāo)分析計算地標(biāo)的世界坐標(biāo),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(biāo)的曲面拼接方法研究。研究了基于三地標(biāo)的三維數(shù)據(jù)拼接的確定和原

4、理,推導(dǎo)出了變換矩陣的求解過程,然后根據(jù)變換矩陣將分塊測量的世界坐標(biāo)系進(jìn)行歸一化。研究并分析了常用三地標(biāo)的曲面拼接方法,提出了采用過渡坐標(biāo)系求取變換矩陣的方法。提出了曲面拼接后的評判標(biāo)準(zhǔn)與曲面的平滑處理方法。
　　 (3)多地標(biāo)拼接系統(tǒng)中地標(biāo)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(biāo)的曲面拼接中,研究了基于特征和迭代配準(zhǔn)算法的優(yōu)勢以及所存在的不足,提出了在眾多地標(biāo)中選取其中最優(yōu)三個地標(biāo)作為拼接地標(biāo)的方法。研究并確定了地標(biāo)