机器视觉第十三章.ppt

第十三章　三维场景表示; 三维场景表示是机器视觉的又一个关键技术．为了理解场景并与场景中的物体交互作用，必须将场景的三维数据进行有效的表示．三维场景表示包含有两个基本问题：场景重建和场景分割．场景重建(reconstruction)是指使用插值或拟合方法从采样点(稠密深度测量值或稀疏深度测量值)计算曲面的连续函数，实际中通常使用许多三角片或小平面片构成的网面来近似表示场景深度测量值；场景分割是将表示场景的网面分割成若干部分，每一部分表示一个物体或一个特定的区域，这样有利于物体识别、曲面精确估计等后处理算法的实现． 　　本章从曲面的几何特征开始，讨论场景曲面重建和分割的一些基本方法．这些方法可以将双目立体测距、主动三角测距、激光雷达测距等成像系统的输出值转换成简单的曲面表示．这些基本方法包括把测量点转变成三角片网面、把距离测量值分割成简单的曲面片、把测量点拟合成一个光滑曲面以及用测量点匹配一个曲面模型等．;13．1 三维空间曲线 讨论三维空间曲线的原因主要有两个，一是一些物体或物体特征可以直接用三维空间曲线表示，二是三维空间曲线表示可以推广到三维空间曲面表示。曲线表示有三种形式：隐式、显式和参数式。在机器视觉领域中，曲线的参数表示比隐式和显式表示更为常用。三维曲线的参数形式为： ;13．1．1 三次样条曲线 ;13.1.2 三维B样条曲线 13．2 三维空间曲面的表示 13．2．1多边形网面 　　平面多边形，也叫平面片(planar patch)，可以组成复杂的网面（polygon mesh），以表示各种物体的形状．图13.1三角形网面和四边形网面示意图。本节将介绍如何用平面片进行物体多边形网面表示． ; 图13.1 物体表面的网面表示，(a) 三角形网面表示，(b)四边形网面表示 第七章讨论了如何用若干个直线段端点（顶点）坐标表来表示一个多直线段，这一方法也可推广到平面多边形，即平面多边形网面也可以用一系列平面多边形顶点坐标表来表示．一个顶点常常是三个或三个以上多边形的公共顶点，因此，一个顶点在表中重复出现多次．; 为了使多边形网面的每一个顶点在表中仅出现一次，可以使用一种间接的顶点坐标表示方法，即对这些顶点从1到进行编号，并按这一顺序将每一个顶点的坐标存入表中．每一个多边形可用其顶点编号表表示．不过这种顶点表不能明显地表示相邻表面的边界，对于一给定顶点，也不能有效地发现所有包含此顶点的表面．这些问题可以用翼边缘数据结构(Winged Edge Data Structure)来解决． 翼边缘数据结构可以有效地表示三角面网面及其它具有多条边的多边形网面，并且不要求各个多边形面的边数相等．由于各顶点坐标包含在顶点记录中，因此，多边形面（或边）的位置可以由顶点的坐标计算出来．; 每一个面记录指向该面的某一个边记录，每一个顶点记录指向该顶点对应的边记录。因此，边记录包含将多边形面及其顶点连结成多边形网面的指针，并且允许对多边形网面顶点进行快速的扫描．具体地说，每一个边记录包含有两个端点指针，其两侧的两个多边形面指针和4个邻接翼指针，如图13．2所示。其中的面、顶点和边是用指南针的方向表示的，这样做只是为了方便，实际上，多边形网面上的方向与地球方位没有任何关系．每一条翼边允许对其对应的多边形顶点进行扫描，例如，可沿着东北翼边按顺时针方向扫描东多边形面各顶点． 确定多边形面是在东面还是西面取决于进入翼边缘数据结构中多边形面的顺序．当扫描一个多边形面时，必须首先检查此面是在边缘的东面还是西面．如果此面在这条边的东面，则沿着东北翼顺时针扫描或沿着东南翼逆时针扫描；如果此面在此边的西面，则沿着西南翼顺时针扫描或沿着西北翼逆时针扫描．; 图13．2 多边形网面翼边示意图;算法13．1 翼边缘数据结构上增加一个多边形面的算法 输入是一个按顺时针方向排列的多边形面的顶点表，包括顶点个数和顶点坐标． 1．对于顶点表中的每一个顶点，如果没有出现在数据结构中，则可增加该顶点记录． 2．对于每一对相邻的顶点(包括起点和终点)，如果其对应的边没有出现在此数据结构中，则可增加该边记录． 3．对于多边形的每一个边记录，增加翼边，以便顺时针或逆时针扫描该多边形面． 4．产生一个多边形面记录，并增加指针指向其中一个边缘． 算法13．2　沿着多边形面顺时针跟踪边缘 输入是一个指向面记录的指针和一个调用待访问边的进程．;1．从面记录中取出第一条边，使之成为当前边． 2．处理当前边，即对被访问的每一条边完成所有的操作，如，沿着多边形面顺时针方向编辑顶点表，沿扫描方向记录边缘端点（顶点）． 3．如果正在扫描当前边的西侧面，则下一条边将是西南翼． 4．如果正在扫描当前边的东侧面，则下一条边将是东南翼． 5．如果当前边是第一条边，则扫描结束． 6