【摘要】：基于二維圖像的三維形狀恢復技術是計算機視覺的前沿研究問題。明暗恢復形狀是從單幅圖像恢復物體三維形狀的一種重要技術,其原理是建立三維曲面形狀與圖像灰度值之間的關系方程,經(jīng)過求解方程來恢復三維曲面的深度信息。本文針對現(xiàn)有明暗恢復形狀算法的不足之處,提出了基于改進Phong光照模型的優(yōu)化算法,主要研究內(nèi)容如下:(1)明暗恢復形狀技術中的光照模型和投影模型的研究。針對傳統(tǒng)明暗恢復形狀方法在光照模型存在的局限性,本論文系統(tǒng)的研究了現(xiàn)有常用光照模型的適用范圍和不足之處,在此基礎上提出了一種改進的Phong光照模型。采用Oren-Nayar反射模型代替Phong模型中的漫反射部分,避免了原有模型中采用朗伯體模型描述物體表面漫反射所帶來的誤差。針對傳統(tǒng)明暗恢復形狀算法中采用正交投影模型這一弊端,改用符合實際照相機成像關系的透視投影模型,建立更有效的輻照度方程。(2)數(shù)值算法研究。研究了正交投影下基于朗伯體模型SFS算法、透視投影下基于朗伯體模型的SFS算法,分析了兩種算法求解輻照度方程的原理過程、算法的精度和時間復雜度。針對這些數(shù)值算法求解精度不高的問題,本文將Phong模型下建立的輻照度方程轉(zhuǎn)換成包含深度信息的哈密頓-雅可比偏微分方程,同時引入高階局部LF通量分裂格式和改進的五階WENO格式求解HJ方程,優(yōu)化了HJ方程的求解精度,進而有效地提高了明暗恢復形狀算法的重構(gòu)精度。為了驗證本文所提基于改進Phong模型的優(yōu)化SFS算法的有效性。分別以單幅合成圖像和真實圖像為例進行三維恢復,并將圖像的重建結(jié)果與現(xiàn)有算法的恢復結(jié)果進行定量和定性對比。經(jīng)過實驗驗證,證實了本文所提算法在視覺效果上有明顯提高。與基于正交投影的算法相比,本文平均誤差下降了62.2%;與同類算法相比,本文平均誤差下降了30.7%。
[Abstract]:Three-dimensional shape restoration based on two-dimensional image is a cutting-edge problem in computer vision. Shape restoration is an important technique to recover 3D shape from a single image. Its principle is to establish the relationship equation between the shape of 3D surface and the gray value of the image, and to recover the depth information of 3D surface by solving the equation. Aiming at the shortcomings of the existing shape restoration algorithms, this paper proposes an optimization algorithm based on the improved Phong illumination model. The main contents are as follows: (1) the illumination model and projection model in the shape restoration technology are studied. In view of the limitations of traditional shading restoration methods in illumination models, this paper systematically studies the scope of application and shortcomings of the existing lighting models, and proposes an improved Phong illumination model based on this. The Oren-Nayar reflection model is used to replace the diffuse reflection part of the Phong model, which avoids the error caused by the Lambert body model used in the original model to describe the diffuse reflection on the surface of the object. Aiming at the disadvantage of orthogonal projection model used in traditional shape restoration algorithm, a more effective irradiance equation is established by using perspective projection model which accords with the actual camera imaging relationship. (2) the numerical algorithm is studied. The SFS algorithm based on Lambert body model under orthogonal projection and SFS algorithm based on Lambert body model under perspective projection are studied. The principle and process of solving irradiance equation by two algorithms are analyzed. The accuracy and time complexity of the algorithm are analyzed. In this paper, the irradiance equation based on Phong model is transformed into Hamiltonian-Jacobian partial differential equation with depth information. At the same time, the high-order local LF flux splitting scheme and the improved fifth-order WENO scheme are introduced to solve the HJ equation. The accuracy of the HJ equation is optimized and the reconstruction accuracy of the shape restoration algorithm is improved effectively. In order to verify the effectiveness of the proposed optimization SFS algorithm based on the improved Phong model. A single composite image and a real image are taken as examples for three-dimensional restoration, and the reconstruction results are compared quantitatively and qualitatively with those obtained by the existing algorithms. The experimental results show that the proposed algorithm has a significant improvement in visual effect. Compared with the algorithm based on orthogonal projection, the average error of this paper is reduced by 62.2%, and the average error of this paper is reduced by 30.7% compared with the same algorithm.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

【參考文獻】

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1 王國琿;宋玉貴;;一種非朗伯表面SFS的快速粘性解算法[J];儀器儀表學報;2015年07期

2 張寧;楊磊;;基于Phong模型的多幅圖像SFS算法研究[J];計算機技術與發(fā)展;2013年01期

3 鐘方潔;肖志濤;張芳;;一種結(jié)合明暗信息和紋理信息的形狀恢復算法[J];天津工業(yè)大學學報;2012年03期

4 曹煜;陳秀宏;;基于側(cè)影輪廓的圖像三維重建方法[J];計算機工程;2012年05期

5 王國琿;韓九強;張新曼;倪晉平;;一種從混合表面的明暗變化恢復形狀的新算法[J];宇航學報;2011年05期

6 梁發(fā)周;馬銀平;梁發(fā)云;;單幅灰度圖像在CAD建模中的應用[J];工程圖學學報;2011年02期

7 孫宇陽;;基于單幅圖像的三維重建技術綜述[J];北方工業(yè)大學學報;2011年01期

8 謝慶明;肖立志;于慧俊;朱萬里;;DPSD在低場核磁共振回波信號檢測中的應用[J];波譜學雜志;2011年01期

9 王學梅;孫即祥;;基于高階LLF和WENO算法的透視SFS[J];中國圖象圖形學報;2011年02期

10 王振;;基于關鍵幀的三維人臉皺紋動畫[J];電腦與信息技術;2010年05期

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3 王學梅;不同成像條件的從明暗恢復形狀算法研究[D];國防科學技術大學;2009年

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1 錢琳瑞;交替迭代法求解穩(wěn)態(tài)的哈密頓雅可比方程[D];湘潭大學;2015年

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4 張少帥;真實感圖形中光線跟蹤算法及其加速技術的研究[D];西安電子科技大學;2014年

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6 楊薇薇;融合形變模型與輻照約束機制的人臉3D形狀恢復[D];南京理工大學;2013年

7 谷裕;基于單幅圖像的三維重構(gòu)算法的改進與優(yōu)化研究[D];廣西大學;2012年

8 彭如;基于自陰影處理的SFS三維重建算法研究[D];南昌航空大學;2011年

9 林慕清;基于光度立體法的三維重建技術的研究與實現(xiàn)[D];東北大學;2010年

10 何理想;基于SFS方法的單幅圖像的三維原型重建的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2009年

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本文編號：2439970