三維重建的方法(三維重建的步驟)

1.三維重建的步驟

三維重建的步驟

(1) 圖像獲?。涸谶M(jìn)行圖像處理之前，先要用攝像機(jī)獲取三維物體的二維圖像。光照條件、相機(jī)的幾何特性等對(duì)后續(xù)的圖像處理造成很大的影響。

(2)攝像機(jī)標(biāo)定：通過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定來(lái)建立有效的成像模型，求解出攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，這樣就可以結(jié)合圖像的匹配結(jié)果得到空間中的三維點(diǎn)坐標(biāo)，從而達(dá)到進(jìn)行三維重建的目的。

(3)特征提取：特征主要包括特征點(diǎn)、特征線和區(qū)域。大多數(shù)情況下都是以特征點(diǎn)為匹配基元，特征點(diǎn)以何種形式提取與用何種匹配策略緊密聯(lián)系。因此在進(jìn)行特征點(diǎn)的提取時(shí)需要先確定用哪種匹配方法。

特征點(diǎn)提取算法可以總結(jié)為：基于方向?qū)?shù)的方法，基于圖像亮度對(duì)比關(guān)系的方法，基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的方法三種。

(4)立體匹配：立體匹配是指根據(jù)所提取的特征來(lái)建立圖像對(duì)之間的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就是將同一物理空間點(diǎn)在兩幅不同圖像中的成像點(diǎn)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。在進(jìn)行匹配時(shí)要注意場(chǎng)景中一些因素的干擾，比如光照條件、噪聲干擾、景物幾何形狀畸變、表面物理特性以及攝像機(jī)機(jī)特性等諸多變化因素。

(5)三維重建：有了比較精確的匹配結(jié)果，結(jié)合攝像機(jī)標(biāo)定的內(nèi)外參數(shù)，就可以恢復(fù)出三維場(chǎng)景信息。由于三維重建精度受匹配精度，攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)誤差等因素的影響，因此首先需要做好前面幾個(gè)步驟的工作，使得各個(gè)環(huán)節(jié)的精度高，誤差小，這樣才能設(shè)計(jì)出一個(gè)比較精確的立體視覺(jué)系統(tǒng)。

2.三維重建的簡(jiǎn)介

三維重建的英文術(shù)語(yǔ)名稱是3D Reconstruction.

三維重建是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型，是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中， 三維重建是指根據(jù)單視圖或者多視圖的圖像重建三維信息的過(guò)程. 由于單視頻的信息不完全，因此三維重建需要利用經(jīng)驗(yàn)知識(shí). 而多視圖的三維重建（類似人的雙目定位）相對(duì)比較容易， 其方法是先對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定， 即計(jì)算出攝像機(jī)的圖象坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的關(guān)系.然后利用多個(gè)二維圖象中的信息重建出三維信息。

物體三維重建是計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)（CAGD）、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG）、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、科學(xué)計(jì)算和虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字媒體創(chuàng)作等領(lǐng)域的共性科學(xué)問(wèn)題和核心技術(shù)。在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成物體三維表示主要有兩類方法。一類是使用幾何建模軟件通過(guò)人機(jī)交互生成人為控制下的物體三維幾何模型，另一類是通過(guò)一定的手段獲取真實(shí)物體的幾何形狀。前者實(shí)現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，現(xiàn)有若干軟件支持，比如：3DMAX、Maya、AutoCAD、UG等等，它們一般使用具有數(shù)學(xué)表達(dá)式的曲線曲面表示幾何形狀。后者一般稱為三維重建過(guò)程，三維重建是指利用二維投影恢復(fù)物體三維信息（形狀等）的數(shù)學(xué)過(guò)程和計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、點(diǎn)云拼接和特征分析等步驟。

3.三維重建 3D reconstruction 有哪些實(shí)用算法

三維重構(gòu)算法得看你用什么傳感器了，如果是雙目相機(jī)，那一般都是極線幾何加視覺(jué)特征配準(zhǔn)的算法了，優(yōu)化就用bundle

adjustment。如果是單目，較早的有PTAM,DTAM，近幾年struct from

motion比較火。如果是用Kinect之類的RGBD相機(jī)，比較好的有微軟的KinectFusion,PCL的開(kāi)源KinFu，以及MIT的加強(qiáng)版

Kintinuous。如果用激光，那一般都是當(dāng)SLAM做了，前端嘛就各種ICP配準(zhǔn)算法了，后端的話，三維中主要還是用圖優(yōu)化來(lái)做。

4.關(guān)于醫(yī)學(xué)上的三維重建

三維重建一般用的是matlab或者c++庫(kù)opencv實(shí)現(xiàn)，另外三維重建重要的是算法流程，跟數(shù)學(xué)、光學(xué)等關(guān)系比較，只是實(shí)現(xiàn)部分跟計(jì)算機(jī)程序有關(guān)，跟it關(guān)系并不大，當(dāng)然，剛開(kāi)始學(xué)的時(shí)候是要會(huì)寫(xiě)代碼實(shí)現(xiàn)前人已有的算法的，熟了之后再慢慢改進(jìn)醫(yī)學(xué)上的三維重建原理也類似，只是處理對(duì)象不一樣，處理方法會(huì)有不同，這些方面的知識(shí)一般的書(shū)上是沒(méi)有的，有也不夠，要多下載一些相關(guān)的論文下來(lái)看，百度文庫(kù)和萬(wàn)方里面有很多，不過(guò)說(shuō)實(shí)話，國(guó)產(chǎn)論文看起來(lái)很郁悶，當(dāng)然了，看多了還是很有收獲的，我做雙目視覺(jué)三維重建斷斷續(xù)續(xù)三個(gè)月了，差不多快完了，感覺(jué)還是做純粹的軟件項(xiàng)目比較痛快。

順便說(shuō)一下，這個(gè)主要是基于圖像處理，圖形學(xué)只是最后顯示重建結(jié)果的時(shí)候用到，例如用opengl顯示重建的三維物體，圖形學(xué)和圖像處理是不同的的。