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三维图像采集

摘要：三维重建是计算机图形学、图像处理和计算机视觉研究中的一

个重要课题,其包括基于三维点云的重建和基于图像的重建。基于图

像的三维重建又包括多幅图像和单幅图像重建。

关键字：三维重建离散余弦变换离散小波变换

1基于多幅光学图像的三维图像重构算法

1.1三维图像重构简介

1.1.1三维重构

三维重构是指对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模

型，是在计算机环境下对其进行处理、操作、和分析其性质的基础，

也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

客观世界在空间上是三维的，三维重构是计算机视觉技术研究的

主要内容之一，在工程技术和其它很多领域一般要对三维物体进行分

析，以便获取有用的信息。目前，大多数图像采集装置所获取的图像

本身是在二维平面上的，尽管其中可以含有三维物体的空间信息。

[1]

因此，要从图像认识真实物体，就要从二维图像中恢复三维空间信息，

这正是三维立体重建所要完成的任务。基于二维图像的三维重构技术

是近年来计算机视觉技术与计算机图形学技术相结合而产生的一门

新技术。

1.1.2三维重构方法

当前，三维重构的方法主要有以下三种：

(1)利用传统几何造型技术直接构造模型，就是利用建模软件构造三

维模型；

[2]

(2)动态重构，利用三维扫描设备(如激光扫描仪、深度扫描仪等)

对真实物体进行扫描，直接得到物体空间点的信息，进而重构出模型；

(3)静态重构，基于数码图片的三维重构，利用光照图像恢复物体的

几何外形，即利用摄像机、数码相机从各个视角拍摄的真实物体的2

幅或者多幅图像进行重构模型。

[3]

在上述几类方法中，第一种方法历史最为悠久、发展也最为成熟，

而且用途也最为广泛。该方法已被广泛应用于机械、建筑等工程领域

和材料加工等产业。但是对于构造比较复杂的三维模型，如果仍然采

取这种方法的话，将会是一件耗时费力的工作；动态重构，特别适合

于逆向工程、文物保护等应用领域，因为它准确地获得物体表面点的

三维坐标，而且重构的精度也非常高，但是由于扫描仪扫描对象的尺

寸有限，不能应用于大型物体(如大型铸造件、火山喷发等)的重构，

同时，这种重构方法对需要精密、复杂的仪器和辅助设备，价格昂贵，

也无法处理具有高光、透明表面的物体，从而限制了该种方法的使用；

静态重构，通过数码相机或摄像机成像模型，从二维图像中计算出物

体的三维结构，这种方法成本比较低，但是重构的效果不是很精确，

而且受外界因素的影响比较大。对基于二维图像三维重构技术的深入

研究可以推动各个学科的发展，并促进这些学科的交叉融合。由于基

于图像序列的三维重构技术建模简单、更新速度快，极大程度上满足

了实时性的要求，因此，基于图像序列的三维重构技术研究具有重要

的实际意义，也将具有广阔的应用范围，包括考古学、建筑学等领域

和材料加工、医学设备等产业。在材料加工与检测方面，基于图像的

三维重构技术已经较成熟地应用于工业钣金件的高精度三维重构与

视觉检测系统中；另外随着计算机技术与材料科学的进一步融合，在

材料学中，利用X射线进行三维重构，可以动态的显示材料微观结构

的变化。

1.1.3国内外研究概况

随着计算机视觉技术的普及和发展，基于图像的三维重构技术成

为CAD/CAM领域的研究重点。各个国家都投入很大的人力、物力和财

力，但是发达国家由于其开展的比较早，而且技术比较先进，所以研

究的比较深入，而且取得成果也很显著，我们国家在这个方面虽然是

刚刚起步，但是在有些领域已经能够代表国家竞争力，同时具备了国

际竞争力。

CMU大学的Tomasi和kanade等人在VC++平台上，开发出了基于

[4]

图片的三维重构的系统，该系统利用仿射分解法，对摄像机进行了标

定，得到了摄像机的运动参数，然后重构出物体的空间模型。

INRIABougnoux等人[5][6]利用未标定的SFM和摄像机自标定等算

法，开发了一个提升型三维建模系统。

Berkeley大学的Debevoc、Taylor、Malik等完成了著名的建筑