基于光学图像的三维重建理论与技术

第1章 概述 1

1.1 人眼的空间知觉 1

1.2 三维重建技术的分类 3

1.3 光学三维重建技术 6

1.3.1 被动光学重建技术 7

1.3.2 主动光学重建技术 8

1.4 本章小结 12

第2章 射影几何与变换基础 13

2.1 2D射影几何 13

2.1.1 点与直线 13

2.1.2 理想点与无穷远点 15

2.2 射影变换 17

2.3 射影变换的层次 20

2.3.1 射影变换的层次简介 20

2.3.2 射影变换的分解 24

2.4 从图像恢复仿射和度量性质 24

2.4.1 无穷远线 25

2.4.2 由图像恢复仿射性质 25

2.4.3 虚圆点及其对偶 27

2.5 不动点和直线 28

2.6 3D射影几何和变换 29

2.6.1 点和射影变换 30

2.6.2 平面表示和变换 30

2.6.3 直线的表示和变换 32

2.7 3D射影变换的层次 36

2.8 无穷远平面 38

2.9 本章小结 40

第3章 摄像机标定与校准 41

3.1 相机射影几何 41

3.1.1 相机射影几何简介 41

3.1.2 二维射影几何 42

3.1.3 三维射影几何 42

3.2 相机成像理论 43

3.2.1 空间坐标系之间的关系 43

3.2.2 摄像机的理论成像模型 48

3.2.3 实际成像模型 49

3.3 相机标定理论知识 50

3.3.1 张正友标定理论 51

3.3.2 相机参数的初始估计 51

3.3.3 拍摄图像的径向畸变 53

3.3.4 优化函数迭代求精 54

3.3.5 实验步骤及注意的问题 54

3.4 本章小结 58

第4章 光照模型 59

4.1 朗伯模型 59

4.2 双向反射分布模型 60

4.3 Phong模型 62

4.4 Cook-Torrance光照模型 64

4.5 球谐光照模型 65

4.6 各种光照模型的对比 69

4.7 本章小结 74

第5章 利用明暗信息恢复物体的三维形状 76

5.1 根据明暗信息恢复形状概述 77

5.1.1 恢复形状的常用方法 77

5.1.2 SFS方法需要解决的主要问题 79

5.1.3 根据明暗信息恢复形状的应用 80

5.2 根据明暗信息估计图像的光源参数 81

5.2.1 光源方向的估计 83

5.2.2 方位角τ的估计 85

5.2.3 倾角δ的估计 87

5.3 根据明暗信息恢复形状算法 89

5.3.1 最小化方法 89

5.3.2 演化方法 92

5.3.3 局部分析方法 93

5.3.4 线性化方法 96

5.4 根据明暗信息重建三维形状 98

5.5 本章小结 100

第6章 基于单目视觉的三维重建 101

6.1 经典的PMS技术 101

6.1.1 朗伯模型 102

6.1.2 基于光度立体技术估计目标物体表面高度信息 103

6.2 未校准的PMS技术 107

6.3 基于参照物的三维重建技术 112

6.4 基于学习的三维重建技术 117

6.5 本章小结 120

第7章 基于结构光的三维重建技术 122

7.1 结构光的成像系统 124

7.2 系统标定 127

7.3 基于结构光的三维数据测量 129

7.3.1 结构光激光扫描法测量原理 130

7.3.2 相位测量轮廓法测量原理 132

7.4 投影图像编码 136

7.4.1 常用投影图像编码策略 137

7.4.2 基于格雷码＋相移的编码策略 138

7.5 图像特征提取方法 140

7.5.1 选取有效区域的方法 140

7.5.2 边界提取方法 141

7.5.3 三维点云重建 142

7.6 本章小结 144

第8章 基于双目视觉的三维重建 145

8.1 双目立体视觉的原理 145

8.2 双目立体视觉的系统组成 147

8.3 双目立体视觉的摄像机标定技术 148

8.3.1 张正友标定法简述 149

8.3.2 双目立体视觉摄像机标定过程 151

8.4 特征提取与立体匹配 152

8.4.1 立体匹配的约束条件 152

8.4.2 特征提取与立体匹配 154

8.5 双目立体视觉的三维重建 157

8.5.1 基本的三维坐标求解方法 158

8.5.2 基于最小二乘法的三维坐标求解方法 159

8.5.3 基于视差测距法的三维坐标求解方法 161

8.5.4 三维重建的结果 162

8.6 本章小结 166

参考文献 167