基于單目攝像頭的實(shí)時三維重建.pdf

1、三維重建是計(jì)算機(jī)視覺的重要研究方向，可以廣泛應(yīng)用于三維導(dǎo)航、在線購物、3D打印、計(jì)算攝影、視頻游戲以及文化遺產(chǎn)保護(hù)。隨著計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)和人們對于實(shí)時交互體驗(yàn)的追求，實(shí)時三維重建正在成為新的研究熱點(diǎn)?；趩文繑z像頭的實(shí)時三維重建不僅需要對相機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時的估計(jì)，而且還要對圖像的深度圖進(jìn)行實(shí)時估計(jì)和融合。為此，首先要準(zhǔn)確地估計(jì)出相機(jī)的姿態(tài)，然后根據(jù)局部信息快速生成準(zhǔn)確的深度圖，最后采用適合實(shí)時交互的高效融合方法來進(jìn)行融合處理。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文研發(fā)了一個基于單目攝像頭的實(shí)時三維重建系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以直接從單目攝像頭采集的實(shí)時視頻數(shù)據(jù)實(shí)時地生成場景的三維模型。系統(tǒng)流程主要包括三個部分:首先是利用同時定位與地圖構(gòu)建(SLAM)系統(tǒng)，對視頻序列進(jìn)行相機(jī)姿態(tài)的估計(jì)，并抽取關(guān)鍵幀進(jìn)行關(guān)鍵幀的姿態(tài)優(yōu)化，然后以關(guān)鍵幀作為參考幀進(jìn)行快速的深度恢復(fù)。本系統(tǒng)的深度恢復(fù)采用了平面掃描算法和基于概率的深度推斷方法，并針對深度恢復(fù)的結(jié)果進(jìn)行局部優(yōu)化，最后將關(guān)鍵幀的深度信息進(jìn)行融合和

3、場景三維重建。為了滿足實(shí)時的應(yīng)用要求,我們對深度恢復(fù)進(jìn)行了GPU并行加速，并使用時空一致性約束和連通分量分析等多種方法來對恢復(fù)的深度進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化處理，剔除深度恢復(fù)質(zhì)量不好的區(qū)域，從而保證生成的三維模型的質(zhì)量。
　　該系統(tǒng)提供了良好的用戶界面和交互操作，可以實(shí)時可視化當(dāng)前重建的三維點(diǎn)云或網(wǎng)格表面，以指導(dǎo)用戶完成對目標(biāo)物體或場景的完整三維掃描，并可以將重建的三維模型保存到本地。實(shí)際拍攝的三維重建效果證明了該系統(tǒng)的有效性，能夠滿足實(shí)際應(yīng)