基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建的開題報(bào)告

基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建的開題報(bào)告摘要：多視圖三維重建是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究方向，通過利用多張圖像拍攝的不同角度或者相機(jī)參數(shù)的不同，將這些圖像中的物體或場景等三維信息重建出來。本文提出了一種基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建算法，該算法結(jié)合了多視圖幾何與計(jì)算機(jī)視覺中的優(yōu)化算法，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，在全局范圍內(nèi)確定了相機(jī)位姿和三維點(diǎn)的坐標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法在三維重建的精度和速度方面取得了較好的性能。關(guān)鍵詞：多視圖三維重建、全局優(yōu)化、目標(biāo)函數(shù)、相機(jī)位姿、三維點(diǎn)坐標(biāo)第一章引言多視圖三維重建是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中一個(gè)研究熱點(diǎn)，它通過多張圖像或者視頻拍攝的不同角度或者相機(jī)參數(shù)的不同，將這些圖像中的物體或場景等三維信息重建出來。它具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人視覺、標(biāo)注等。多視圖三維重建的問題是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，需要綜合考慮多視圖之間的幾何關(guān)系和計(jì)算機(jī)視覺中的圖像處理和優(yōu)化算法等多個(gè)方面的知識(shí)。本文針對(duì)多視圖三維重建的問題，提出了基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建算法，該算法在保證精度的同時(shí)，提高了重建速度。第二章相關(guān)工作多視圖三維重建的研究與發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)末，早期的方法主要是基于三角測量原理，通過多張圖像中的像點(diǎn)之間的幾何關(guān)系重建三維點(diǎn)信息。近年來隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的提高和計(jì)算機(jī)視覺算法的先進(jìn)，三維重建的算法逐漸趨于成熟。目前多視圖三維重建的算法主要有兩種：基于視圖和基于點(diǎn)云的方法?；谝晥D的方法是根據(jù)多張圖像之間的相對(duì)位置和相對(duì)方向，以及相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)等幾何信息來對(duì)物體或場景進(jìn)行三維重建。這種方法精度較高，但需要對(duì)相機(jī)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，較為復(fù)雜。基于點(diǎn)云的方法則是將圖像中的像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換為三維點(diǎn)，通過點(diǎn)云的配準(zhǔn)和融合等方法來進(jìn)行三維重建?；谌謨?yōu)化的方法是近年來發(fā)展較快的一個(gè)方向，它是基于視圖的重建方法中最優(yōu)化的一種方法。它在保證精度的同時(shí)，通過優(yōu)化算法提高了重建速度。第三章研究內(nèi)容本文提出了一種基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建算法，該算法主要包括以下步驟：（1）相機(jī)位姿估計(jì)：通過姿態(tài)估計(jì)算法，估計(jì)每一張圖像中相機(jī)的位姿。（2）三維點(diǎn)云估計(jì)：對(duì)于每一對(duì)圖像之間的匹配點(diǎn)，利用三角測量法得到其對(duì)應(yīng)的三維點(diǎn)。（3）優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：將相機(jī)位姿和三維點(diǎn)坐標(biāo)作為優(yōu)化變量，通過優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，確定相機(jī)位姿和三維點(diǎn)坐標(biāo)，得到全局最優(yōu)解。（4）三維重建結(jié)果：根據(jù)確定的相機(jī)位姿和三維點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行三維場景的重建。本文主要關(guān)注于第三步的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)和求解方法。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)主要包括兩個(gè)方面，一是數(shù)據(jù)項(xiàng)，二是正則項(xiàng)。其中數(shù)據(jù)項(xiàng)用來約束圖像和三維點(diǎn)之間的匹配關(guān)系，正則項(xiàng)用來約束相機(jī)位姿和三維點(diǎn)的連通性，使得重建結(jié)果更加平滑和連續(xù)。為了解決非線性優(yōu)化問題的求解，本文采用了基于連續(xù)最優(yōu)化算法的非線性優(yōu)化理論進(jìn)行求解。在實(shí)際操作過程中，還采用了凸包分解算法、動(dòng)態(tài)圖分解算法、圖分割算法等進(jìn)行優(yōu)化求解。第四章實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析本文采用了多組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)有方法進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法在三維重建的精度和速度方面取得了顯著的提升。同時(shí)，本算法還針對(duì)一些特殊的場景，如大范圍城市場景、裸地場景等，進(jìn)行了一些特別優(yōu)化，取得了較好的效果。第五章結(jié)論與展望本文提出了一種基于全局優(yōu)化的高精度多視圖三維重建算法，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的研究與分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本算法在三維重建的精度和速度方面取得了較好的性能。在未來的研究中，我們將繼