基于图像的多视图三维重建研究如何从多幅二维图像中重构场景的三维几何结构，是计算机视觉的基本研究目标和热门研究方向。多视图三维重建的本质是从二维图像观察中估算相机参数和场景点的三维坐标，因此该过程是图像获取的逆过程。由于图像数据不可避免地受噪声和外点的干扰，多视图三维重建逆过程面临诸多挑战。本书关注基于图像点特征、没有任何场景先验知识的多视图三维重建问题，介绍了多视图几何，以及多视图三维重建的基本原理和相关基础知识，在此基础上重点研究从两视图到一般多视图、从陆上到水下环境等四类典型的三维重建问题。本书着眼于提高现有多视图三维重建方法的鲁棒性和精度，从三维重建问题建模及全局优化求解两方面展开深入研究，提出一系列创新的多视图三维重建相关算法和技术。
样章试读
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前言
第1章绪论1
1.1研究背景与意义1
1.1.1研究背景1
1.1.2研究意义2
1.2多视图三维重建的研究现状4
1.2.1图像特征点检测和匹配5
1.2.2基于图像的稀疏三维重建7
1.2.3多视图稠密匹配与三维重建9
1.2.4多视图水下三维重建11
1.2.5多视图几何中常用的优化方法13
1.3本书主要内容与组织15
1.3.1本书主要内容15
1.3.2本书内容组织17
第2章多视图几何及多视图三维重建基础19
2.1简介19
2.2射影空间及透视成像基础19
2.2.1射影空间点和平面的表示19
2.2.2射影空间直线的表示20
2.2.3透视相机模型21
2.2.4透视相机成像过程22
2.3两视图几何及基本矩阵估计23
2.3.1对极几何与基本矩阵23
2.3.2定标视图基本矩阵计算25
2.3.3非定标视图基本矩阵估计25
2.4多视图三维重建及其优化问题26
2.4.1射影多义性26
2.4.2度量三维重建27
2.4.3多视图三维重建优化问题29
2.5本章小结32
第3章图像点特征检测及多视图匹配33
3.1简介33
3.2点特征定位与描述33
3.2.1图像点特征概述33
3.2.2Harris点特征检测35
3.2.3SIFT点特征检测37
3.2.4SIFT点特征描述子38
3.3两视图点特征匹配40
3.3.1两视图匹配基本策略40
3.3.2鲁棒的两视图点特征匹配41
3.3.3RANSAC迭代次数的确定42
3.4多视图点特征匹配43
3.4.1高维空间快速近邻搜索43
3.4.2快速多视图点特征匹配44
3.4.3多视图点特征匹配测试46
3.5本章小结47
第4章多视图三维重建相关优化方法基础48
4.1简介48
4.2非线性最小二乘优化方法48
4.2.1非线性最小二乘问题描述48
4.2.2高斯{牛顿迭代法49
4.2.3莱文伯格{马夸特迭代法50
4.3凸优化理论及方法51
4.3.1凸优化的基本概念51
4.3.2凸优化问题描述53
4.3.3凸优化问题求解的牛顿法55
4.3.4凸优化问题求解的内点算法57
4.4随机优化理论及方法59
4.4.1差分进化迭代过程.59
4.4.2差分进化的终止条件62
4.4.3混合优化策略63
4.5本章小结63
第5章非定标视图直接三维重建建模与优化64
5.1概述64
5.2传统两视图三维重建方法简介65
5.3直接三维重建问题的建模66
5.3.1相机矩阵参数化66
5.3.2图像特征点对应坐标修正66
5.3.3图像对应外点剔除68
5.3.4施加Cheirality约束69
5.3.5带约束优化问题70
5.4直接三维重建问题的求解72
5.4.1全局优化流程及基本操作73
5.4.2试验向量评价与比较76
5.5实验结果与分析78
5.5.1合成数据实验79
5.5.2真实数据实验90
5.6本章小结93
第6章定标视图直接三角化建模与优化94
6.1概述94
6.2传统多视图三角化方法简介95
6.3鲁棒的噪声尺度估计96
6.3.1对极转移中不确定性的传播97
6.3.2基于残差一致性的噪声尺度估计100
6.4三维重建中结构边界的计算103
6.4.1图像对应内点子集筛选104
6.4.2三维结构误差边界计算106
6.5鲁棒的全局最优多视图直接三角化108
6.5.1多视图直接三角化问题建模108
6.5.2基于混合优化的问题求解109
6.6实验结果与分析113
6.6.1合成数据实验113
6.6.2真实数据实验122
6.7本章小结128
第7章基于折射相机模型的水下三维重建129
7.1概述129
7.2折射相机成像模型130
7.2.1后向投影的解析计算131
7.2.2前向投影的解析计算132
7.2.3折射椭圆与折射深度134
7.3已知旋转参数的水下三维重建136
7.3.1全局最优水下已知旋转问题建模136
7.3.2鲁棒的水下已知旋转问题建模138
7.4未知旋转参数的水下三维重建138
7.4.1基于混合优化的水下相机定标139
7.4.2稀疏与稠密水下三维结构估计140
7.5实验结果与分析141
7.5.1合成数据实验141
7.5.2合成渲染图像实验143
7.5.3真实数据实验146
7.6本章小结149
第8章水下三维重建折射补偿理论与验证150
8.1概述150
8.2折射变形及其补偿理论分析151
8.2.1折射变形的理论分析151
8.2.2基于透视相机模型的折射变形补偿155
8.3折射补偿实验设计157
8.3.1水下图像采集装置157
8.3.2测试数据集158
8.3.3三维重建及性能评估159
8.4实验结果与分析161
8.4.1合成数据实验161
8.4.2真实数据实验166
8.5本章小结169
第9章总结与展望170
9.1本书内容总结170
9.2研究工作展望171
参考文献173
符号表184
术语英汉对照表186
彩图
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