動態(tài)變形表面的三維測量與跟蹤方法研究.pdf

1、自然場景中，有很多現(xiàn)象可以抽象成三維空間的動態(tài)變形運動，例如風(fēng)中飄動的旗幟、水中游動鯊魚的表面、講話時的人臉等等。目前，尚沒有成熟的手段研究這些現(xiàn)象中的三維運動。若能精確得到動態(tài)變形物體的三維運動數(shù)據(jù)，一方面對于研究物體的運動規(guī)律，揭示背后隱藏的機理有著重要的科學(xué)意義;另一方面存在著巨大的實際應(yīng)用價值，可以大大推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進步，如影視、動漫、游戲、工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)。為了獲取動態(tài)變形物體的三維運動數(shù)據(jù)，本文提出了三種方法。
　　第一

2、種方法是基于聯(lián)合優(yōu)化的動態(tài)變形表面三維測量及跟蹤方法。該方法是基于圖像塊的被動式測量方法，將圖像劃分成很多小塊，同時考慮立體圖像序列中的立體匹配和時間上的前、后幀之間的圖像塊匹配，采用時空關(guān)聯(lián)的聯(lián)合優(yōu)化方法。優(yōu)化時，假設(shè)立體圖像塊之間是仿射變換，而前、后幀圖像塊之間是平移變換。實驗證明，該方法能有效地獲取時空關(guān)聯(lián)的動態(tài)變形表面的運動數(shù)據(jù)。然而，正是由于采用了聯(lián)合優(yōu)化方法，優(yōu)化時，需要同時考慮較多的參數(shù)，為優(yōu)化帶來一定的難度。鑒于此，本文

3、提出了第二種方法。
　　第二種方法是從最穩(wěn)定區(qū)域進行擴展的三維測量與跟蹤方法。該方法提出了一種基于圖像塊的區(qū)域擴展技術(shù)，每次都從最穩(wěn)定的區(qū)域進行擴展，通過獨立的計算圖像像素運動和立體匹配來進行三維的測量和跟蹤。由于分開考慮立體匹配和前、后幀的匹配，優(yōu)化參數(shù)減少，優(yōu)化結(jié)果也更加精確，實驗結(jié)果也證明了這一點。但是，該方法是一種被動式測量技術(shù)，需要被測的物體表面有較為豐富的紋理。由于存在這種局限，使用該方法測量較長的立體圖像序列時，會出

4、現(xiàn)累積誤差問題。為了解決誤差累積問題，本文提出了第三種方法，該方法采用了主動式測量技術(shù)。
　　第三種方法是基于灰度隨機三角形紋理的動態(tài)變形表面三維測量及跟蹤方法。該方法需要在被測物體表面噴涂灰度隨機三角形紋理。該方法中解決了如何產(chǎn)生隨機灰度三角形紋理、如何在立體圖像序列中檢測灰度隨機三角形、如何在立體圖像中匹配三角形，以及如何在圖像序列中跟蹤三角形等一系列問題。實驗證明該方法能精確穩(wěn)定地測量動態(tài)變形表面的三維形狀和三維運動，并且有