基于光学图像的三维重建理论与技术 本书特色

本书详细论述了基于光学图像进行三维重建的基本理论和方法，从摄像机模型、相机校准、常用的光学模型等基础理论出发，介绍了基于明暗形状恢复、光度立体、结构光三维测量、双目立体视觉等技术的基本原理和实现方法。从每种技术的理论基础、系统组成、基本约束、重建精度、应用场合等方面分析了其理论依据和具体算法，为基于光学图像的三维重建的实际应用提供了基本的理论参考。 全书共分8章： 第1章为概述部分；从第2章到第4章分别论述了本书所涉及的数学基础、基本的摄像机校准方法和光照模型；从第5章到第8章着重介绍了目前基于光学图像进行三维重建的主要方法。在介绍三维重建理论的同时，书中提供了大量应用实例，可对理论部分进行直观的解释和验证。 本书可供三维重建、图像处理、计算机视觉等领域的工程技术人员参考，也可作为高等学校电子信息类、计算机类等专业高年级本科生或研究生的学习教材。

基于光学图像的三维重建理论与技术 内容简介

基于光学图像的三维重建是计算机视觉领域重要的研究方向之一, 经过了几十年的不断探索,研究人员提出了很多经典有效的算法，如：明暗恢复法、结构光三角法、多目立体视觉、近景工业测量、光度立体技术、双目立体技术等。基于拍摄到的光学图像对目标物体进行三维重建，可将物体或者场景的三维形状准确的恢复出来，去除由于环境变化或者视角偏差引起的对物体外观的理解错误，对于煤炭、钻井、勘探、考古等领域具有重要的应用前景。目前，虽有部分图像处理或者机器视觉方面的书籍涉及其中的某种技术，但并没有系统全面地介绍基于光学图像的三维重建技术的参考书。本书基于光学图像详细地介绍三维重建领域的基本理论与典型算法，期望为从事该技术的人员提供一些有效的参考。

基于光学图像的三维重建理论与技术 目录

目录第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 2.12D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 2.63D射影几何和变换29/基于光学图像的三维重建理论与技术目录/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 2.73D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 4.3Phong模型62 4.4Cook?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 5.1.2SFS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*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*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

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