【正文】 何自然界的圖像都是連續(xù)的模擬圖像，它的形狀和形態(tài)表現(xiàn)由圖像各位置的顏色所決定。它所攜帶的巨大信息量可以將客觀事物的原形真實(shí)地展現(xiàn)在人們的眼前。產(chǎn)生這些想法的原因主要是因?yàn)閿?shù)字圖像處理技術(shù)的飛速發(fā)展，下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下數(shù)字圖像處理的發(fā)展情況。 根據(jù)激光掃描的物體尺寸是在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)的特點(diǎn)。 三維測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)幾何量測(cè)量技術(shù)中的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，該技術(shù)以獲取被測(cè)物體三維輪廓數(shù)據(jù)為目的，主要包括數(shù)據(jù)測(cè)量與數(shù)據(jù)后續(xù)處理?，F(xiàn)在這種技術(shù)可以被用于地形數(shù)據(jù)的可視化，這樣可以由二維等高線重構(gòu)出具有光照效果的三維地形圖。關(guān)鍵詞： 數(shù)字成像； 圖像處理； 三維重建； 輪廓； 坐標(biāo) Abtract Image which due to the rich information to get the favour of people，At present, image acquisition methods are taking pictures, screen shots, and produce images by puter, laser scanning etc..Threedimensional information obtained from twodimensional images is an interdisciplinary research field, it involves many subjects of projective geometry, digital image processing, puter graphics, puter vision theory, is a research hotspot. Threedimensional reconstruction is through 2D image primitives (such as point, line, surface) threedimensional spatial information to restore the target, need to study threedimensional point, line, surface 3D coordinate and 2D image corresponding points, lines, surfaces twodimensional coordinate relationship, relationship between size and space objects to realize quantitative analysis of objects the. The main process is through the feature extraction, feature of image matching, reconstruction of key characteristics, triangulation and data fusion to generate plete object threedimensional structure. This 3D information or 3D models have wide applications in virtual plant visualization, digital entertainment, product design, virtual scene simulation paper proposes the method of digital image processing to deal with the image we have got in order to obtain a target image contour, and get the coordinates of key points on the contour of the target image, which play a key role on the next step of threedimensional reconstruction . In this paper we should firstly digitize the image acquisition, After digitaliztion, puter will make use of digital image processing technology for pretreatment, remove the background color, image smoothing,color to gray, image sharpening,gray value of two, corrosion expansion, filtering, contour extraction, and other image processing, and gives the result among erey steps of image processing.Key words : Digital imaging； image processing； 3D reconstruction； contour； coordinate 目 錄摘要 1Abstract 2目錄 3第一章 緒論 5 5 5 6 7 7 8第二章 光學(xué)成像系統(tǒng)和圖像系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 8 8 13 14 16 16 16 17 18 18 19 20 21第三章 數(shù)字圖像處理的基本理論 23 23 24 25 25 26 26 27 27 28 29 29 29 30 30 30 31第四章 數(shù)字圖像處理的實(shí)現(xiàn) 32 33 33 34 35 35 35 36 37 37 38 39 41 提取水杯分面的輪廓坐標(biāo) 43 43 四個(gè)分面的三維坐標(biāo)系 44 44第五章 系統(tǒng)介紹與誤差分析 46 46 46 46 47第6章 總結(jié)與展望 48參考文獻(xiàn)： 49 第一章 緒論 21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，而在信息學(xué)研究中以圖像為載體的信息處理占據(jù)重要位置，圖像工程已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科，從工業(yè)機(jī)器上的視覺(jué)檢測(cè)，醫(yī)學(xué)上的病變?cè)\斷，多媒體通信與娛樂(lè)，等各個(gè)方面都有巨大的用途。在本文中圖像采集之后，首先將其數(shù)字化。這種三維信息或三維模型在虛擬植物可視化、數(shù)字娛樂(lè)、產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)、虛擬場(chǎng)景的模擬等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。三維重建就是通過(guò)二維圖像中基元(如點(diǎn)、線、面)來(lái)恢復(fù)目標(biāo)的三維空間信息,需要研究三維空間中點(diǎn)、線、面的三維坐標(biāo)與二維圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)、線、面的二維坐標(biāo)之間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)定量分析物體的大小和空間物體的相互位置關(guān)系。 基于數(shù)字成像的物體表面輪廓的提取和分析 摘 要圖像由于攜帶豐富的信息得到人們的青睞，而目前獲取圖像的方法有拍照，視屏截圖，利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生彩圖，激光掃描等等。從圖像中獲取景物的三維信息屬于一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域,它涉及到射影幾何學(xué)、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等許多學(xué)科的理論,是目前研究的熱點(diǎn)之一。其主要過(guò)程是通過(guò)對(duì)圖像的特征提取、特征匹配、圖像關(guān)鍵特征的重建、三角化以及數(shù)據(jù)融合生成物體完整的三維結(jié)構(gòu)。本文提出了利用數(shù)字圖像處理的方法對(duì)圖像進(jìn)行處理以獲得目標(biāo)圖像的輪廓，并得到目標(biāo)圖像的輪廓關(guān)鍵點(diǎn)上的坐標(biāo)，這對(duì)接下來(lái)的三維重建目標(biāo)十分關(guān)鍵。數(shù)字化之后，計(jì)算機(jī)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行彩色預(yù)處理、去除背景、圖像平滑、彩色轉(zhuǎn)灰度、圖像銳化、灰度二值化、腐蝕膨脹、濾波、輪廓提取等處理，并且給出每步處理的圖像結(jié)果。其中數(shù)字成像系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛。還有在醫(yī)學(xué)方面比如CT/MRI(核磁共振成像)可以應(yīng)用于人體斷層解剖圖像的可視化,同樣是得到一個(gè)序列的二維輪廓線來(lái)重構(gòu)三維形體,比如人的血管、神經(jīng)等。伴隨著光電傳感器件以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的日趨成熟，三維測(cè)量技術(shù)得到了不斷豐富和發(fā)展，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用對(duì)該技術(shù)的發(fā)展也提出了更新的要求，同時(shí)催化了一些相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，如攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，圖像工程，數(shù)據(jù)補(bǔ)償技術(shù)，顏色渲染技術(shù)，測(cè)量視角自動(dòng)選擇技術(shù)等等。由此就產(chǎn)生了通過(guò)分析目標(biāo)物體的圖像信息，來(lái)完成圖像面的提取和關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)的提取，而代替人工提取關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)的過(guò)程。圖像是人類(lèi)視覺(jué)的基礎(chǔ)，是自然景物的客觀反映，是人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和人類(lèi)本身的重要源泉。圖像可以分為模擬圖像和數(shù)字圖像。數(shù)字圖像是由模擬圖像經(jīng)過(guò)采樣、量化、編碼等步驟離散化得到的。數(shù)字圖像處理是指通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理主要應(yīng)用于下面一些領(lǐng)域：(1)通信。上進(jìn)行壓縮。由于太空技術(shù)的發(fā)展，需要用到數(shù)字圖像處理大量的星體圖片；同樣遙感也需要此項(xiàng)技術(shù)，這可以應(yīng)用于地形地質(zhì)，礦藏探查，森林、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源調(diào)查，自然災(zāi)害預(yù)測(cè)，氣象衛(wèi)星云圖處理，以及軍事目標(biāo)識(shí)別。數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用十分廣泛，而且很有成效。此外，在X光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面都廣泛地應(yīng)用圖像處理技術(shù)。在生產(chǎn)線對(duì)產(chǎn)品及部件進(jìn)行無(wú)損探傷是圖像處理的重要應(yīng)用領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)上述對(duì)數(shù)字圖像以及其領(lǐng)域的闡述，我們知道數(shù)字圖像的應(yīng)用范圍十分廣泛，因此可以將數(shù)字圖像處理的方法引入到激光掃描圖像處理中來(lái)。 視覺(jué)信息作為人類(lèi)獲取外界信息的主要手段，據(jù)分析，人類(lèi)通過(guò)視覺(jué)獲取的信息占其總獲取信息量的70%—80%左右。圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到人類(lèi)生活和工作的各個(gè)方面，以圖像處理為工具的輪廓提取也已經(jīng)漸漸增加起來(lái)。反求和重構(gòu)的一種測(cè)量方法，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。 近年來(lái)，將物理原理引入物體的形狀恢復(fù)吸引了學(xué)者們的研究興趣，基于可變形模型的輪廓提取與表面重建就是其中的一類(lèi)。因此，基于可變形模型的斷層圖像輪廓提取與表面重建研究，在科學(xué)研究及工程應(yīng)用中有著重要的意義。首先要根據(jù)目標(biāo)物體的形狀信息，來(lái)確定怎樣搭建光學(xué)成像系統(tǒng)。采集回來(lái)的圖片要經(jīng)過(guò)一系列數(shù)字圖像處理的工作，首先進(jìn)行目標(biāo)物體的提取、彩色轉(zhuǎn)灰度、圖像平滑、銳化、二值化、膨脹腐蝕、二值濾波等得處理，得到到效果比較好的二值圖像，然后再二值圖像的基礎(chǔ)之上，選擇比較理想的輪廓提取方法得到圖像的輪廓。上述工作完成之后，還需要討論整個(gè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差，本文給出了減小誤差的方法。論文一共分為六個(gè)章節(jié)，下面對(duì)每個(gè)章節(jié)做個(gè)概述。主要介紹了論文的研究背景、目的和意義，以及本論文的章節(jié)安排。主要介紹了攝像機(jī)系統(tǒng)方案。本章介紹了數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)，圖像表示方法之間的轉(zhuǎn)換，典型的數(shù)字圖像處理的算法比如圖像平滑/濾波、腐蝕膨脹等以及圖像處理實(shí)現(xiàn)的軟件平臺(tái)。本章從圖像的讀取開(kāi)始，根據(jù)圖像的特點(diǎn)結(jié)合上一章圖像處理的基本理論，對(duì)圖像進(jìn)行平滑銳化、膨脹腐蝕、圖像濾波、輪廓提取以及面坐標(biāo)生成等處理，接著根據(jù)各分面的相互對(duì)照關(guān)系，從二維坐標(biāo)系映射出三維坐標(biāo)系，便可以得到輪廓的三維坐標(biāo)。本章根據(jù)論文的結(jié)果，分析了系統(tǒng)的誤差以及產(chǎn)生誤差的原因，并針對(duì)這些誤差提出的解決方案。主要討論了論文的成果和不足，有待于以后的改進(jìn)。本章主要介紹兩個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是光學(xué)成像系統(tǒng)的搭建，它包括攝像系統(tǒng)的配置和光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；另一個(gè)方面敘述了圖像采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以及圖像采集工作的軟件設(shè)計(jì)流程。其中攝像系統(tǒng)包括攝像機(jī)系統(tǒng)的方案選擇以及攝像機(jī)的參數(shù)選擇。 在本論文中，使用的是CCD攝像機(jī)，結(jié)合論文的目的，本系統(tǒng)采用了雙目測(cè)量的原理。雙目測(cè)量基本任務(wù)之一是從相機(jī)獲取的圖像信息出發(fā)，計(jì)算被測(cè)對(duì)象在三維空間中的幾何信息，并由此進(jìn)行被測(cè)對(duì)象的識(shí)別操作，而空間被測(cè)對(duì)象表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系是由攝像機(jī)成像的幾何模型決定的，攝像機(jī)成像的幾何模型是由兩攝像機(jī)的相對(duì)位置和他們?cè)谑澜缱鴺?biāo)系中的三維位置和方向決定的。這種放置方式構(gòu)成了傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀三維測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量模型。下面分別介紹下兩種方法的測(cè)量原理。： 經(jīng)緯儀三維測(cè)量系統(tǒng)模型現(xiàn)假設(shè)物理坐標(biāo)系OXYZ和左相機(jī)CCD1的坐標(biāo)系重合，p為空間被測(cè)對(duì)象上的任何一點(diǎn)，p點(diǎn)在兩幅圖像上的成像點(diǎn)為 (u1,v1)和( u2,v2)，則根據(jù)攝像機(jī)透視變換模型有 () ()現(xiàn)假設(shè)攝像頭的兩個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系為： ()其中R為兩個(gè)相機(jī)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣，T為兩個(gè)相機(jī)之間的平移矩陣 ()： ()其中，、以及兩個(gè)相機(jī)之間的空間位置關(guān)系(即旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量)，則可以得到兩個(gè)相機(jī)共同視場(chǎng)下的任何一點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息。如果無(wú)法找到同名點(diǎn)，那么這種方法就是失敗的，在實(shí)際中很多人使用人機(jī)交互的方法來(lái)找同名點(diǎn)，但是本系統(tǒng)要求的自動(dòng)