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距离图象的对准和集成方法的研究

归档日期:04-30       文本归类:多面体简化      文章编辑:爱尚语录

  近几年来,随着距离传感器技术的进步,多视点距离图象的对准和集成问题 已引起了人们极大的关注,并且在CAD反向工程、不良产品检测、整形外科手 术规划以及人体三维尺寸的非接触测量等领域有了广泛地应用。本文研究了距离 图象的层次三角网格表示以及多视点距离图象的对准和集成问题。本文所采用的 多视点的距离图象是由3D物体在传感器测量区域内旋转不同角度测得的3D距 离数据。采用位相法从多个不同的视点获取距离图象,通过多视点距离图象的对 准获得不同视点之间的运动参数,然后进行对准后的距离图象的集成,建立完整 的物体三维几何形状描述。 本人的工作主要有以下三个方面: 一、3D物体表面的层次三角网格表示 在计算机图形学和几何造型中,物体表面常常用三角网格模型来描述。因为 用三角网格可以表示任意形状的物体,并且对3D数据集容易构造三角网格模型。 我们在实验中所测得的多视点的距离图象是3D距离数据,在我们的对准算法中 需要大量地计算最近点和最近距离,为了快速地查找最近点和最近距离,首先需 要构造物体表面3D数据的三角网格,进而构造基于三角网格模型的k-d树。因 此,在对准过程中,构造多视点的距离图象的三角网格是非常重要的。 初始三角网格模型可以通过对距离图象按等间隔采样的方法提取3D数据点 集并连接相邻3D数据点集来构造,但是用此方法构造的初始三角网格模型常常 有成千上万个三角形面片组成,不便于查找和计算,必须对初始三角网格模型进 行简化。在我们的网格简化算法中,通过规定不同的理想边长范围和最大积累形 状改变量,可以得到多分辨率的层次三角网格模型。 二、多视点距离图象的对准 为了将从不同视点获得的距离图象集成起来,必须首先得到各视点之间的运 动变换关系。本文的对准算法将迭代最近点(Iterative Closest Point:ICP)算法、 有拒绝地随机抽样和最小平方中值(Least Median of Squares:LMS)估计结合起 来进行多视点距离图象之间的运动估计,被对准的距离图象用3D数据点集来表 示,而待对准的距离图象用三角网格模型来表示。在我们的LMS对准算法中需 要大量地计算3D点到三角网格模型的最近点和最近距离,而这些计算是相当费 北京工业人学顾十学位论文 摘 变 时的,为了加快算法的计算过程,我们采用了两种方法:方法一是在LMS迭代 算法之前首先构造基于三角网格模型的卜d树。方法二是对数据点和三角网格模 型向同一投影平面进行正交投影,然后采用基于表面的最近点查找方法。在对准 过程中采用这两种查找方法最终将得到两个运动参数,我们将选用较精确的那一 运动参数。 另外,在对准过程中我们没有采用顺序地方法对准多视点的距离图象,而是 首先构造各视点之间关系的星形拓扑结构,选定一幅图象作为星形结构的中心, 其它图象都和这幅图象对准。如果不能构造星形拓扑结构,则转化为类似的星形 拓扑结构。采用此方法可以尽量减小和避免误差积累现象的发生。 5、主科点四间四溅的自成 本文采用了基于韦氏图的多视点距离图象的集成算法。该算法的大体过程是 这样的:首先,将每一幅在局部坐标系下获得的距离图象的三角网格模型变换到 全局坐标系下,构造已对准的N个视点距离图象的韦氏图,接着构造含有冗余 三角网格的韦氏图的规范子集,然后消除模型中的冗余部分,最后连接非重叠的 三角网格集合以产生整体的集成的三角网格,建立物体的3D模型。和截平面法、 基于三维空间上的几何特征或直接进行曲面匹配的集成算法相比,该集成算法具 有计算简单、使用范围广等优点。应用该算法不仅可以用来构造简单物体的模型, 而且还可以构造由多个部分构成的甚至含有洞的复杂物体模型。 我们对上述的构造距离图象的多分辨率的层次三角网格模型、对准和集成算 法进行了实验,取得了良好的效果。本文的方法在计算机图形学、虚拟现实、交 互式可视化、汁算机辅助系统(CAD/CAM)的自动儿何建模等计算机应用领域 有着广阔的应用前景。

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