基於光學圖像的三維重建理論與技術

《基於光學圖像的三維重建理論與技術》是2018年清華大學出版社I出版的圖書。

基本介紹

• 書名：基於光學圖像的三維重建理論與技術
• ISBN：9787302490005
• 出版時間：2018年1月1日

內容簡介

本書詳細論述了基於光學圖像進行三維重建的基本理論和方法，從攝像機模型、相機校準、常用的光學模型等基礎理論出發，介紹了基於明暗形狀恢復、光度立體、結構光三維測量、雙目立體視覺等技術的基本原理和實現方法。從每種技術的理論基礎、系統組成、基本約束、重建精度、套用場合等方面分析了其理論依據和具體算法，為基於光學圖像的三維重建的實際套用提供了基本的理論參考。
全書共分8章： 第1章為概述部分；從第2章到第4章分別論述了本書所涉及的數學基礎、基本的攝像機校準方法和光照模型；從第5章到第8章著重介紹了目前基於光學圖像進行三維重建的主要方法。在介紹三維重建理論的同時，書中提供了大量套用實例，可對理論部分進行直觀的解釋和驗證。
本書可供三維重建、圖像處理、計算機視覺等領域的工程技術人員參考，也可作為高等學校電子信息類、計算機類等專業高年級本科生或研究生的學習教材。

目錄

目錄

第1章概述1

1.1人眼的空間知覺1

1.2三維重建技術的分類3

1.3光學三維重建技術6

1.3.1被動光學重建技術7

1.3.2主動光學重建技術8

1.4本章小結12

第2章射影幾何與變換基礎13

2.12D射影幾何13

2.1.1點與直線13

2.1.2理想點與無窮遠點15

2.2射影變換17

2.3射影變換的層次20

2.3.1射影變換的層次簡介20

2.3.2射影變換的分解24

2.4從圖像恢復仿射和度量性質24

2.4.1無窮遠線25

2.4.2由圖像恢復仿射性質25

2.4.3虛圓點及其對偶27

2.5不動點和直線28

2.63D射影幾何和變換29

/基於光學圖像的三維重建理論與技術目錄/

2.6.1點和射影變換30

2.6.2平面表示和變換30

2.6.3直線的表示和變換32

2.73D射影變換的層次36

2.8無窮遠平面38

2.9本章小結40

第3章攝像機標定與校準41

3.1相機射影幾何41

3.1.1相機射影幾何簡介41

3.1.2二維射影幾何42

3.1.3三維射影幾何42

3.2相機成像理論43

3.2.1空間坐標系之間的關係43

3.2.2攝像機的理論成像模型48

3.2.3實際成像模型49

3.3相機標定理論知識50

3.3.1張正友標定理論51

3.3.2相機參數的初始估計51

3.3.3拍攝圖像的徑向畸變53

3.3.4最佳化函式疊代求精54

3.3.5實驗步驟及注意的問題54

3.4本章小結58第4章光照模型59

4.1朗伯模型59

4.2雙向反射分布模型60

4.3Phong模型62

4.4CookTorrance光照模型64

4.5球諧光照模型65

4.6各種光照模型的對比69

4.7本章小結74

第5章利用明暗信息恢復物體的三維形狀76

5.1根據明暗信息恢復形狀概述77

5.1.1恢復形狀的常用方法77

5.1.2SFS方法需要解決的主要問題79

5.1.3根據明暗信息恢復形狀的套用80

5.2根據明暗信息估計圖像的光源參數81

5.2.1光源方向的估計83

5.2.2方位角τ的估計85

5.2.3傾角δ的估計87

5.3根據明暗信息恢復形狀算法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線性化方法96

5.4根據明暗信息重建三維形狀98

5.5本章小結100

第6章基於單目視覺的三維重建101

6.1經典的PMS技術101

6.1.1朗伯模型102

6.1.2基於光度立體技術估計目標物體表面高度信息103

6.2未校準的PMS技術107

6.3基於參照物的三維重建技術112

6.4基於學習的三維重建技術117

6.5本章小結120

第7章基於結構光的三維重建技術122

7.1結構光的成像系統124

7.2系統標定127

7.3基於結構光的三維數據測量129

7.3.1結構光雷射掃描法測量原理130

7.3.2相位測量輪廓法測量原理132

7.4投影圖像編碼136

7.4.1常用投影圖像編碼策略137

7.4.2基於格雷碼+相移的編碼策略138

7.5圖像特徵提取方法140

7.5.1選取有效區域的方法140

7.5.2邊界提取方法141

7.5.3三維點雲重建142

7.6本章小結144

第8章基於雙目視覺的三維重建145

8.1雙目立體視覺的原理145

8.2雙目立體視覺的系統組成147

8.3雙目立體視覺的攝像機標定技術148

8.3.1張正友標定法簡述149

8.3.2雙目立體視覺攝像機標定過程151

8.4特徵提取與立體匹配152

8.4.1立體匹配的約束條件152

8.4.2特徵提取與立體匹配154

8.5雙目立體視覺的三維重建157

8.5.1基本的三維坐標求解方法158

8.5.2基於最小二乘法的三維坐標求解方法159

8.5.3基於視差測距法的三維坐標求解方法161

8.5.4三維重建的結果162

8.6本章小結166

參考文獻167