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视觉系统的研究是当前三维计算机视觉研究的发展趋势，本文以古代建筑三维快速建模及犯罪现场复原为应用背景，在系统标定，结构化室内场景重建及大范围室外场景自动重建三个方面进行了比较深入系统的研究，主要工作有：
1.针对自行研制的基于旋转平台的室内重建系统，给出了两种基于坐标变换的系统标定方法。研究发现该系统的标定实际上是一种特殊的手眼标定问题，通过合理地选取坐标系，可简化该问题的求解。本文给出的第二种基于坐标变换的方法，标定过程更为灵活方便，而且鲁棒性好，标定精度高，基本能满足实际应用的需求。
2.给出了一种全自动的室内大范围场景的重建系统。由于室内场景具有结构化的特点，如人们习惯的平行、垂直、共线、共面等，在基于图像的室内场景自动重建中，即使一些小的误差也可以导致明显的视觉差异。针对犯罪现场复原的具体需求，给出了一种基于图像的室内场景自动重建系统。该系统有如下特点：重建过程为全自动，不需要任何人机交互；直线特征的自动匹配与重建考虑了场景的深度与结构信息，匹配的正确率及直线重建效果得到了显著提高；重建过程的整体优化中，融合了特征点与特征直线。
3.针对古代建筑快速建模的具体需求，本文给出了一种基于图像序列的室外远距离场景的自动重建系统。主要内容有：讨论了相机模型的选取问题，给出了一种适用于大范围场景的透视相机模型；给出了一种仿射相机模型的鲁棒的自标定方法；利用分解法及分块的捆绑调整技术很好解决了多视角下重建结果的融合问题。