基于單目圖像序列光流的三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、單目圖像序列光流不僅包含了物體或場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還攜帶了豐富的三維結(jié)構(gòu)信息，因此由單目圖像序列光流重建運(yùn)動(dòng)物體或場(chǎng)景的三維運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)視覺研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題，研究成果被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人視覺、航空航天、軍事、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。本論文主要針對(duì)基于單目圖像序列光流的三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)與結(jié)構(gòu)重建理論與技術(shù)進(jìn)行研究，以提高計(jì)算效率、改善重建算法魯棒性、拓寬重建算法適用范圍等為研究目標(biāo)。從改進(jìn)變分光流計(jì)算模型、降低鄰域誤差影響、改善亮度突變情況下

2、像素點(diǎn)漂移現(xiàn)象、減少特征直線光流重建模型的約束條件、建立點(diǎn)線光流對(duì)應(yīng)關(guān)系等方面入手，提出基于單目圖像序列光流的三維重建新思路與新方法。主要研究工作與成果如下：
　　1).從變分光流計(jì)算基本理論出發(fā)，通過添加局部約束和圖像梯度守恒改進(jìn)變分光流能量函數(shù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，設(shè)計(jì)基于圖像梯度的各向異性擴(kuò)散平滑項(xiàng)改變運(yùn)動(dòng)物體或場(chǎng)景邊緣區(qū)域的光流擴(kuò)散方式；針對(duì)光流計(jì)算的時(shí)效性問題，采用細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變分光流估計(jì)模型進(jìn)行優(yōu)化，提出基于自適應(yīng)細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

3、各向異性擴(kuò)散光流算法。實(shí)驗(yàn)表明該模型能夠較好地應(yīng)對(duì)圖像中包含的噪聲，具有計(jì)算精度高、時(shí)間消耗少等優(yōu)點(diǎn)。
　　2).為了減小局部鄰域內(nèi)光流估計(jì)誤差對(duì)三維重建結(jié)果的影響，預(yù)防“邊緣擴(kuò)張”現(xiàn)象的產(chǎn)生，根據(jù)圖像像素點(diǎn)光流與三維運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系構(gòu)造基于稠密像素點(diǎn)光流的三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)與結(jié)構(gòu)重建線性模型，并通過范數(shù)定理對(duì)該模型的魯棒性進(jìn)行了分析證明。實(shí)驗(yàn)證明，該模型能夠減少邊緣區(qū)域光流擴(kuò)散對(duì)重建結(jié)果的影響，保留物體或場(chǎng)景的邊緣信息。
　　3)

4、.為避免光流計(jì)算對(duì)重建結(jié)果帶來(lái)的誤差影響，通過光流計(jì)算亮度守恒假設(shè)和像素點(diǎn)光流與三維運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系推導(dǎo)出基于圖像亮度的三維運(yùn)動(dòng)守恒假設(shè)，構(gòu)造基于變分光流的三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)與結(jié)構(gòu)重建模型，為了應(yīng)對(duì)圖像序列中包含的大位移運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)估計(jì)過程中采用圖像金字塔分層的方法。針對(duì)純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)物體的三維重建問題，利用三維點(diǎn)的空間位移代替其運(yùn)動(dòng)軌跡，提出了純旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下的三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)與結(jié)構(gòu)重建模型。實(shí)驗(yàn)表明該模型能夠較好地應(yīng)對(duì)圖像序列中光照變化和大位移運(yùn)動(dòng)

5、等情況，部分解決了運(yùn)動(dòng)遮擋情況下重建算法的魯棒性問題。
　　4).對(duì)基于直線光流的三維重建技術(shù)進(jìn)行研究，闡述了直線光流的概念及計(jì)算方法，根據(jù)直線的表示方式和3D直線與2D直線的對(duì)應(yīng)關(guān)系構(gòu)建了基于直線光流的三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)線性模型，由三維運(yùn)動(dòng)估計(jì)結(jié)果能夠重建直線特征的三維結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，該模型最少只需兩條直線光流就可以分步計(jì)算出運(yùn)動(dòng)物體或場(chǎng)景的三維旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)。
　　5).針對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景下直線特征的跟蹤、匹配問題，首先推導(dǎo)點(diǎn)、線光