基于计算机视觉的三维重建技术研究_刘星明基于计算机视觉的三维重建技术研究_刘星明.pdf

第11卷 第3期 深圳信息职业技术学院学报 Vol.11 No.3 第3期2013年9月 Journal of Shenzhen Institute of Information Technology Sep. 201313 文章编号：1672-6332（2013）03-0013-07 【信息技术理论研究】 基于计算机视觉的三维重建技术研究 刘星明1,2，刘晓利2，张平安1，王辉静1，刘君尧1 （1. 深圳信息职业技术学院计算机学院, 广东 深圳 518172；2. 深圳大学光电工程学院, 广东 深圳 518060） 摘 要：三维纹理重建是计算机视觉领域研究的重要内容，在工业造型和商品展示中具有重要的应用价值。本文就 三维纹理模型在深度数据获取、深度像匹配、融合以及简化方面展开研究，利用基于纹理和体积特征的深度像匹配建立 目标物体的几何模型；然后通过相机标定确定纹理相机的姿态，并利用实拍照片进行纹理映射和纹理融合，把纹理映射 到三维模型上并消除表面的纹理人工痕迹，重建真实感三维纹理模型。最后，实验结果验证该研究方法的有效性。 关键词：计算机视觉；相机标定；深度像匹配；深度像融合；纹理融合 中图分类号：TP39 文献标识码：A 三维纹理模型以其逼真性、自由的交互性等独 算量大，且通常需要大量的人工交互操，重建精度 特优点，成为认识世界的重要途径，在虚拟现实、 也不高；主动式方法则完好地解决了前两种方法的 数字游戏、影视艺术、文物保护、逆向工程以及医 缺点，该方法具有扫描速度快、精度高、主动性以 学领域具有重要的应用价值和研究的意义[1-3]，受 及良好的操控性，随着成本降低，越来受到人们的 到人们的广泛关注，是连接现实生活和虚拟世界的 青睐。该方法利用三维扫描设备（如激光扫描、结 桥梁。 构光扫描），投射条纹光到被测物体表面，然后利 三维纹理模型不仅对目标物体的几何模型进行 用CCD摄取受表面调制的变形激光线的图像，并通 重建（重建物体的几何形貌，如工业产品的形状、 过解码算法获取目标物体的深度数据[5-6]。利用主 建筑外观等），还实现目标物体的表面纹理色彩和 动式方法能得到10 000/m2的高密点云数据，从而重 其他表面属性的重建（如恢复物体的漫反射、镜面 建目标物体的高精度三维模型，该类方法比较典型 反射等属性），得到用于展示或其他工业应用的三 的扫描设备有德国GOM公司的Atos的高精度三维扫 维纹理模型。 描设备、德国Breuckmann公司的SmartSCAN 3D扫描 实现目标物体的三维纹理重建方法有多种， 设备等。 如利用传统的Unigraphics、Maya等三维几何造型软 主动式三维纹理重建面临着一系列需要解决的 件重建目标物体，该类技术的特点是快速建模且成 问题，包括相机标定、深度数据的获取、数据的后 本低，在动漫产业、影视娱乐以及简单的工业设计 期处理、三维几何模型的表达以及物体表面的纹理 中有重要的应用，但对结构复杂（如自由曲面等） 融合等问题，每个阶段工作都有很多研究学者在研 的造型处理困难；此外还??基于图像序列的被动 究，也取得了相应的成果。本文对三维重建的问题 式三维几何模型重建方法（Image-Based Modeling, 展开研究，作者所在课题组的主要贡献在于研制出 IBM）[4]，以及主动式三维重建方