基于图像三维重建

来源:互联网 编辑:李元芳 手机版

只要二维图像具备重建2113分析的条件(有薄层5261图像、二维阅片无异常4102)就可用博 为的三维后处1653理工作站重建出不错的效果。博 为的三维分为:三维基础模块和三维高级模块。基础三维分为:MIP(最大密度投影)、MinIP(最小密度投影)、MPR(多平面重建)、CPR(曲面重建)、VE(三维虚拟内窥镜)、VR(三维容积重建),这些模板的功能非常基础,而高级三维是专门针对脏器分析和测量的:心脏、肝脏、结肠、血管、齿科都属于高级三维,比如用来做心脏的分割、冠脉提取、量化分析等,操作起来非常简单和实用,我也是学医的!一般来说,CT机或者CT工作站上都有进行3D图像重建的软件!用3D MAX行不行我没拭过!www.07swz.com防采集请勿采集本网。

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研究g无人机图像的三维重建和点源该如何入门呢 这个得需要有相关的知识

主 讲 人: 原 飞

先用dicomread读入图像,再用cat创建三维矩阵,reducevolume,smooth3进行预处理,然后用isosurface,isocap,isonormals,patch等函数创建三维模型,最后用view,lighting,colormap等设置颜色光照等。

机器视觉/空间测量组 基于图像的三维重建

摘要随着计算机技术的快速发展,三维重建技术早已成为计算机视觉研究的热点和难点之一,它的目标是利用多幅二维图像来恢复空间三维场景的几何结构。本文介绍了一种基于两幅图像的三维重建方法,即在已知摄像机内参数及对应两幅图像的前提下,通

一、 应用背景 二、 研究现状 三、 重建流程 1-1 制造业与逆向工程 1-2 影视与娱乐

基于图像对零件进行三维重建的精度能达到多少  我来答 分享 微信扫一扫 网络繁忙请稍后重试 新浪微博 QQ空间 举报 浏览5 次 可选中1个或多个下面的关键词

数字化三维模型,能够给电影和视频游戏提供丰富素材。 22届国际体博会上,由 深圳泰山在线科技公司 研发的首款三维体感互 动游戏——

哪款软件可以实现基于多张二维图像的三维重建 搜索资料 我来答 分享 微信扫一扫 网络繁忙请稍后重试 新浪微博 QQ空间 举报 浏览35 次 本地图片 图片链接

i-dong地鼠 1997年,Paul Debevec利用图像重建技术,成功 地出品了电影短片《the Campanile》。 1-3 文化遗产的保存

对文物进行三维重建操作,以便获取文物精准的几何 和色彩信息。

河南省新乡 市辉县村舍重建图 龙形纹理门框的局部重建图 新疆米兰古城三维重建图 2-1 国外研究现状

① Paul E.Debevec——参数几何体表示初始模型

② Steven M.Seitz——颜色不变量、顺序可见性规 则重建场景模型

③ Roberto cipolla——三维重建系统PhotoBuilder 2-2 国内研究现状

① 北京交通大学 袁保宗 提出了,由真实世界到计算机 虚拟世界的转换问题。

② 浙江大学 刘刚 设计了,一个能绘制出几何模型和表 面纹理的真实场景交互建模系统。

③ 中科院自动化研究所,开发的CVSuite,能利用立体 视觉进行三维重建。

④上海交大 马利庄 提出了一种基于构建Visual Hull,求 取物体形状及表面反射属性的方法。 2-3 重建软件

① 3DmeNow ② Canoma ③ PhotoModeler和 PhotoModeler Scanner ④ ImageModeler 三维重建的四种主要方式:1 基于图像 2 使用探针或激光读数器逐点获取数据 3 三维物体的断层扫面 4 光学三维扫描仪 基于图像的重建方式,应用范围广泛,精 度比较低。 使用探针或激光读数器逐点获取数据,进行整体 三角化,此类方法测量精确,但速度很慢,难以在 短时间内获得大量数据。 根据三维物体的断层扫面,得到二维图像 轮廓,进行相邻轮廓的连接和三角化,得到 物体表面形状。 应用硬件光学三维扫描仪获得物体的点云数据, 进行重建获得物体的整体表面信息。 基于图像重建流程

图像匹配1

摄像机标定图像校正

点云对齐, 拼接

空间点的获取

匹配2,计算视差曲面重构纹理贴图 图像校正

黄色:任意位置 绿色:平行位置 ① 图像校正的目的

相机任意位置 图像未校正

极线不平行 极线交于极点

需计算极线方程 影响运行效率图像校正

相机平行 校正图像

极线平行 极点无穷远

不需进行极线 提高效率 ② 图像校正的原理图像校正图像校正的过程,就是对里两幅图像分别 进行二维的变换。

将这种变换记为U1和U2,则图像点的变 换可以看成p1 ? U1 p1 (1a)p2 ? U2 p2 (1b)

其中,p1为p1变换后的坐标,p2 为p2变换后的坐标。 图像校正为了使极线变成一组平行直线,需要将极点放 到无穷远处。

设该无穷远极点为 e ? (0 0 0)T

则经过校正后的图像对的基础矩阵 F 可以表示为?0 0 0 ?F? [e]X?? ?00?1??(2)?? 0 1 0 ?? 则由式(1a)可以得到如下等式Tp2 F p1 ? 0

将式(1a)和式(1b)代入得p2TU2T FU1 p1 ? 0

由式(2)可得F ? U2T FU1 ? U2T [e]X U1图像校正 图像校正F ? U2T FU1 ? U2T [e]X U1

只要知道了基础矩阵F,就可以从上式中分解出变 换矩阵 U1 和 U2 ,从而实现图像的校正。 图像校正设 U1 为U1?U?? ??

u1T u2T? ???? a1? ?b1a2 b2a3 ?b3? ??? u3T ?? ?? c1 c2 1 ??

将U分解为如下形式:U ? U sU rU p? 1 0 0?Up?? ?010? ??? ca cb 1 ??透视变换?b2 ? b3c2 b3c1 ? b1 0 ?Ur?? ?b1?b3c1

b2 ? b3c2b3? ??? 00 1 ??相似变换? s1 s2 s3 ?Us?? ?010? ??? 0 0 1 ??错切变换 ③ 图像校正过程透视变换相似变换

极点被移到了 无穷远点

极线束变成了 一组平行直线

极线和图像坐 标系的横轴平行图像校正错切变换

使得水平方向 的图像畸变最小化 匹配 计算视差

基于窗口的灰度匹配 基于窗口的稀疏点匹配 基于窗口的稠密点匹配 基于窗口的灰度匹配原则12 34567 8

cos? = v1T v2 || v1 |||| v2 ||

d ? x2 ? x1

匹配 计算视差1 2 3 4 p 5 6 7 8 匹配 计算视差

左图中所有匹配点 最大视差为a 最小视差为b 匹配点p的视差为d 视差图中p点的灰度值为 255*|d-b|/|a-b| 匹配 计算视差 3-4 空间点的获取

图像经过校正后可以看成是两台光轴互相平行的摄像机的成像p1 ? (u1 v1 1)T p2 ? (u2 v1 1)T

经过校正后图像上的俩个对应点

P ? (X ? b Y Z 1)T 空间点P在摄像机C1和C2坐

P ? ( X Y Z 1)T 标系下的坐标,b为基线

图像点和三维空间点的映射关系可以得到:

x ? u1b d

y ? v1b d

z ? bf d 3-5 点云拼接

① 三维坐标变换 ② 拼接原理 ③ 拼接步骤 ④ 拼接实例点云拼接 点云拼接 ① 三维坐标变换点云拼接? a11 a12 a13 a14 ?A?? ?a21a22a23a24? ?? ? ?

a31 a41

a32 a42

a33 a43

a34 a44? ? ?? a11 a12 a13 ?R?? ?a21a22a23? ??? a31 a32 a33 ??T ? [a41 a42 a43]

表示三维图像的坐标变换

产生比例、旋转、 错切等几何变换

产生平移变换 ② 拼接原理点云拼接 点云拼接

o2 x2 y2 z2

o1x1 y1z1实现

P1与 P2的拼接

P1中提取一个子 ?mi | mi ?Pi,i ?1,2,...., N?

集在数据点集P2 中有一子集?mi' | mi' ? Pi ,i ?1, 2,...., N?

与P1中点一一对应

通过这俩个子集求解R和T 点云拼接

三维坐标系 o1x1 y1z1 和 o2 x2 y2 z2 之间的位置对应关系 可以用下式表示,即:?x1T??x2T?? a11a12a13??x2T??a41 ?? ?y2? ??R? ?y2? ??T?? ?a21a22a23? ?? ?y2? ????a42? ??? z3 ?? ?? z2 ????a31 a32 a33 ?? ?? z2 ?? ??a43 ??

如果知道了R和T 的值,就可以将坐标系 o2 x2 y2 z2 进行旋转和平移,转化为 o1x1 y1z1 坐标系。

这样就 能将各块测量的数据转换到同一个坐标系,实现 拼接任务了。 点云拼接

③ 拼接步骤:

多视角点云数据的拼接方法可以分为两 步。

1 首先利用离散的特征进行匹配的方法实现 粗配准 2 再使用迭代最近点算法(ICP)算法进行精 确配准 点云拼接

注意: 当零件的表面没有明显的特征的时候,

可以通过人为的方式在物体的表面附加特 征来处理,常用的是粘贴标记点或者辅助 圆球的做法。 点云拼接

④ 拼接实例

对同一个待测物体从不同的两个方位进行拍 摄,其中图(a)的右半部分和图(b)的左半部分事实 上是待测物体上的同一个部分。

图(a)中的参考点 4、5、6、7 分别对应图(b)中 的 2、1、4、3 点

①将这些相同点一一对应起来 ②根据它们的坐标解出R和T ③拼接两部分得到的数据点云,形成一段完 整的物体表面轮廓。 点云拼接 曲面重构

散乱点集的曲面三角剖分

平面投影法三角剖分

空间直接剖分

最小权三角剖分 Delaunay三角剖分 约束delaunay三角剖分

三 角 网 格 生 长

逐 点 插 入 法分 治 算 法法

α-shape算法 Voronoi图算法

Choi算法 Hoppe算法 Delaunay三角剖分

一、定义 二、性质 三、算法分类曲面重构 曲面重构定义

三角剖分:假设V是二维实数域上的有限点集, 边e是由点集中的点作为端点构成的封闭线段, E 为e的集合。

那么该点集V的一个三角剖分T=(V,E) 是一个平面图G,该平面图满足条件:1.除了端点,平面图中的边不包含点集中的任 何点。

2.没有相交边。

3.平面图中所有的面都是

三角面,且所有三角面的合集是散点集V的凸 包。 曲面重构

Delaunay三角剖分

Delaunay边:假设E中的一条边e(两个端点 为a,b),e若满足下列条件,则称之为Delaunay 边:存在一个圆经过a,b两点,圆内(注意是圆内, 圆上最多三点共圆)不含点集V中任何其他的点, 这一特性又称空圆特性。

Delaunay三角剖分:如果点集V的一个三角剖 分T只包含Delaunay边,那么该三角剖分称为 Delaunay三角剖分。 曲面重构

Delaunay三角剖分两个重 要的性质:1、空圆特性:Delaunay三角网 是唯一的(任意四点不能共圆), 在Delaunay三角形网中任一三角形 的外接圆范围内不会有其它点存在。

2、最大化最小角特性:在散点集 可能形成的三角剖分中,Delaunay 三角剖分所形成的三角形的最小角 最大。 算法分类:

分治算法 逐点插入法 三角网格生长法曲面重构 曲面重构1 分治算法分治算法首先把点集V以横坐标为主,纵 坐标为辅按升序排序,然后递归地执行以下步骤:

(1)把点集V分为近似相等的两个子集VL和VR。

(2)在VL和VR中生成三角剖分;

(3)用局部优化算法优化所生成的三角剖分,使之 成为Delaunay三角剖分;

(4)找出连接VL和VR中两个凸包的底线和顶线;

(5)由底线至顶线合并VL和VR中两个三角剖分。

不同的实现方法可有不同的点集划分法、子三角剖分 生成法及合并法。

代表算法有Lewjo和Robinson算法、 Lee和Schachter算法、Dwyer算法、Dewall算法等算法。 曲面重构

2 逐点插入法逐点插入算法的基本步骤是:

(1)定义一个包含所有数据点的初始多边形;

(2)在初始多边形中建立初始三角剖分,然后迭代以 下步骤,直至所有数据点都被处理:1)插入一个数据点P,在三角剖分中找出包含P的三 角形t,把P与t的三个顶点相连,生成三个新的三角形;

2)然后优化三角剖分。

各种实现方法的差别在于其初始多边形的不同以及建 立初始三角剖分的方法不同。

代表算法有Lawson算法、 Lee和Schachter算法、MaCullagh和Ross算法、Bowyer算 法、Waston算法、Sloan算法。 曲面重构

3 三角网格生长法生长算法的基本步骤是:

(1)以一点为起始点;

(2)找出与起始点最近的数据点相互连接形成 Delaunay三角剖分的一条边作为基线,按Delaunay三角剖 分的判别法则(即最小内角最大准则和空外接圆准则), 找出与基线构成Delaunay三角形的第三点;

(3)基线的两个端点与第三点相连,成为新的基线;

(4)迭代以上两步直至所有基线都被处理。

各种不同的实现方法多在搜寻“第三点”上寻求突破。

代表算法有Gree和Sibson算法、Brass和Reif算法、 Mirante和Weigarten算法。 曲面重构 6 曲面重构曲面重构 3-7 纹理映射

主要的映射方法:纹理映射 凹凸映射 环境映射纹理映射 纹理映射

纹理空间 (s,t)数组坐标

物体空间 (u,v)表面参数

象素空间 (x,y)象素坐标

纹理和表面变换

观察和投影变换

图10-16 纹理映射中纹理空间、物体空间和象素空间的变换 纹理映射纹理映射变换的逆变换

观察投影变换的逆变换纹理模式物体表面

图10-17 由象素空间向纹理空间的映射象素区 纹理映射

二维纹理映射 在纹理映射中需要用到的坐标:

屏幕坐标 最终生成的图像显示在这个坐标中 世界坐标 需要把纹理映射到位于这个坐标中几何

对象的表面上

纹理坐标 使用这个坐标表示纹理空间中的一个位 置

参数坐标 使用这个坐标定义曲面 纹理映射纹理映射的方法

方法一:把像素中心逆向投影到纹理坐标空间, 从而得到某个纹理坐标对应的纹理值

方法二:使用两步映射。

第一步映射是把纹理映射到一个简单的三维中

间 表面上,如球面、圆柱面或立方体表面。

第二步映射再把带有纹理映射的中间表面映射 到需要绘制的对象表面上。 纹理映射 纹理映射 t t纹理映射s

把纹理映射到圆柱面 纹理映射

方法一 1 取中间对象表面上某点的纹理值 2 沿着该点的法向量方向画条直线直到

与绘制的对象相交。

3 然后把中间对象表面上的纹理值作为

该交点的纹理值。 方法二1 从要绘制的对象表面 上的某点出发,并沿该 点的法向量方向画条直 线。

2 计算直线与中间对象 的交点。

3 从这个交点可以得到 对象表面的纹理值。纹理映射 纹理映射

方法三 已知绘制对象的中心 1 从该中心位置到对象表面

上某一点画一条直 2 计算该直线与中间对象

表面的交点。

3 把直线与中间对象表面

交点处的纹理值赋给绘制对 象表面相应的点。 谢谢! 谢谢观赏

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