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计算机视觉的目标在于使得计算机可以像人类一样具有感知与处理外界视觉信息的能力。摄像机作为计算机视觉获取外界视觉信息的基本、甚至可以说唯一手段,在计算机视觉研究中具有非常重要的作用。相比近几十年来摄像机在各项生产技术上的革新,其基本的理论框架却并没有发生明显变化,因此摄像机面对实际的应用需求时也存在着很多局限性。
为了克服传统摄像机在实际应用中所面临的问题,其中一种重要的手段就是采用可计算反折射成像系统。可计算反折射成像系统可以在所拍摄的图像中获得更大的视角、更高的动态范围或者直接得到所拍摄场景的深度信息等新形式的视觉信息,从而成为了当前计算机视觉研究中的一个新的热点。
本文重点研究了一种利用双面平面镜的可计算反折射成像系统的几何特性,基于这些特性对成像系统提出了新的鲁棒标定方法,并将其应用到三维重建、动作捕捉等范畴。相比于以前的研究,本文的主要贡献在于:
1.对利用双面平面镜的可计算反折射成像系统的几何特性进行了深入地研究。发现在系统获取的图像上,每一个三维点和它在平面镜间反射所成的像均位于空间中同一个圆上。所有的反射圆彼此互相平行,并且圆心位于平面镜的交线上。从而利用图像中平行圆的性质,对成像系统提出了新的鲁棒标定方法。
2.对双面平面镜系统中反射点群之间的映射关系进行了详细的探讨。将每一个反射点群均按照反射点相对与三维真实点的反射次数分成两个子群。基于子群所构成的几何形状的不变性,提出了利用不变形状之间二维映射关系进行摄像机标定的算法。
3.介绍了系统所获得的图像上多个视点间的极线约束特性,针对成像系统获取的图像提出了新的极点计算方法,并为图像上各视点间的基本矩阵的计算给出了更为简单有效的算法,对极线约束的应用进行了更深一步的探讨,扩展了系统的适用性。