文档介绍：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘 要
传统的三维重建采用的双目或多目视觉方法往往使视觉系统结构复杂、造价
相对昂贵、操作复杂、在控制上不易实现。因此，成本低、结构简单易操作的单
目视觉方法的研究变得更有必要。本文通过理论分析，提出了一种新的基于单摄
像机变焦原理的几何体三维重建方法，并在此基础上进行了图像预处理、冗余数
据处理以及仿真验证等内容的研究。
首先，通过对传统三维重建过程和透镜成像、光学变焦的研究，在定义的摄
像机成像几何模型下利用不同的焦距推导了几何体空间点的三维重建过程，给出
了提出的变焦算法下计算空间点三维坐标的计算公式,并通过不同象限内单点的仿
真验证了算法的可行性。
在图像预处理阶段，采用了分为四阶段的处理方法：通过阈值分割有效地去
除了背景噪声的干扰，通过比较选择 canny 算子检测边缘，用霍夫变换准确地检测
所需直线，最后提取出特征点的像素坐标。
对于不同的焦距组合产生大量的不同重建结果问题，首先采用传统的遗传算
法处理冗余数据，通过遗传操作迭代搜索出最优的重建值。针对算法中的变焦特
点，进行了变焦重建算法模型对焦距的敏感度分析，筛选容易造成较大错误影响
的焦距组合，在此基础上提出了加权梯度法搜索最优值的方法。
最后，通过仿真分析验证了所提出的算法与数据处理方法。在仿真空间立方
体转化后的像素坐标上添加高斯白噪声和 BM 高斯随机噪声模型，通过比较分析
确定遗传算法和加权梯度法中未确定的参数，然后比较两种数据处理方法在不同
方差下的重建精度，考察两种方法对不同噪声模型的适应性以及运算时间。利用
所推导的理论公式完成对处理过的实际图片数据的转换和计算，并且分别用遗传
算法和加权梯度法重建出实际立方体顶点的三维坐标，通过定点间的实际距离与
重建顶点的距离的比较验证了重建精度。
关键词：三维重建；变焦重建算法；图像预处理；遗传算法；加权梯度法
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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The Binocular or Multi-Vision traditionally used by 3d modeling always has
complex vision system structure and relatively high cost, and also difficult to operate and
realize on control. So it’s necessary to study monocular vision method which is low-
costed and easy-operating. In this thesis, the author proposes a new geometric 3d
reconstruction method based on single camera zoom through theoretical research and
analysis, and then completes the contents including image preprocessing, redundant data
processing and algorithm simulating and so on.
Firstly, the author studies traditional 3d reconstruction process and the theory of lens
imaging and optical zooming, derives 3d reconstruction process of geometric solid’s
space point with different focal length under camera imaging geometric model defined in
this thesis, shows formula of space point’s 3d coordinate under zooming algorithm
proposed, and prove the algorithm