基于計算機視覺的三維重建技術綜述

王琳?賈金于?韓亦煬

[摘 要]計算機視覺三維重建技術現在所擁有的種類非常多，并且還處于飛速發展階段。這其中，從多年研究運動恢復結構法，并取得突出成果的單目視覺三維重建技術，是計算機視覺三維重建技術的非常重要的一個組成部分，主要對從運動恢復結構法的實際應用和發展加以陳述并研究其未來的發展方向，來綜述幾個比較有代表性的三維重建技術。

[關鍵詞]計算機視覺；三維重建；從運動恢復結構法

[中圖分類號]TP391.41 [文獻標識碼]A

通過對收集到的照片和視頻進行加工再處理，并將處理過的東西進行重新建立，得到相對應的場景的三維信息，就是計算機視覺三維重建技術。這項技術可以非常簡單地建造模型，并且可以不受到實際物體本身形態的影響，又快又簡單，所以非常受歡迎。因此社會上多個領域都廣泛利用了計算機視覺三維重建技術，像自主導航、工業自動化、醫學系統等高端領域都在使用。計算機視覺三維重建技術中有非常多的方法，各行各業也都根據各自需求使用與之符合的方法，所以本文也主要依據這些年全球鉆研的狀態，對一些用得比較多的方法加以劃分，還簡單列舉了將來所要迎接的挑戰和前進目標。重點敘述其中的從運動恢復結構法。

1 基于計算機視覺的三維重建技術

三維重建技術能夠利用，前提是需要得到實際物體的數據信息，再通過一些高科技手段將這些信息處理，得到具體的三維信息，獲取這些物體的三維信息有兩種方法，接觸式和非接觸式。下面咱們簡單說一下這兩種方法：接觸式方法，是比較直接快捷地得到想要的數據，它主要利用一定的儀器設備，在真實的場景采集三維數據，雖然接觸式方法能夠更直接得到三維數據，并且這些數據的準確度也非常高，但是由于時間、空間、人為等等的因素，它的利用比較有限，并不能在所有的范圍進行應用。另一種就是非接觸式方法，非接觸式方法也很好理解，就是不接觸實際物體，主要通過一些媒介來得到需要的數據，比如磁場、光、聲、波等，雖然這樣測量的數據精準度沒有接觸式方法高，但是對于大多數領域來說，這種方法還是得到更廣泛的應用的。所以咱們主要來講一下非接觸式方法，他分為兩類：主動和被動。

1.1 主動視覺

基于主動視覺的三維重建技術，它的方法有很多，其它相對成熟的有結構光法、陰影法、激光掃描法等。所以這項技術主要利用的是光學原理，運用光學原理對實際場景或者是物體進行掃描得到數據點云，通過對這些數據分析掃描，來實現三維重建。這種方法可以根據得到的場景或者物體表面的大量數據重建出相對比較精確的模型；這種方法雖然應用得也比較多，但是實際操作起來還是有一定的難度，不夠方便，并且所需要的成本費用也是比較高的，還有些時候，一些環境內容比較復雜，操作可行性比較低，所以這種方式不能得以利用，所以不是所有領域都適用，限制性就比較大，另外，主動視覺法的后期處理也相對比較繁瑣。

1.2 被動視覺

基于被動視覺的三維重建技術，相比基于主動視覺的三維重建技術來說，就簡單方便得多，這種方法不需要直接控制利用光源，而是通過分析照片或視頻圖像中的多方面信息，逆向思維，對實際物體建立模型進行逆向工程，以此來得到環境場景及實物的三維模型。這種技術操作起來比較簡單，也不需要太高的光照條件，所需的成本也相比較少，可行性比較高，很多復雜難度高的場景都可以進行三維重建；當然，這種方式也有不足之處，因為是非接觸式，又是被動視覺，對場景和實物的具體細節掌握得不夠精準，所以三維重建的細節特征也會與實際有所出入。

2 現有的問題和面臨的挑戰

三維重建技術目前存在的問題和面臨的挑戰是：

（1）魯棒性問題：三維重建技術魯棒性比較差，光線不足、場景中的噪音、畫面模糊等等問題，都會受到影響，還有在匹配的時候，匹配誤差，結果可能就不夠準確。

（2）完全性問題：三維重建技術在重建的時候，如果信息出現丟失或者失誤，都會導致圖像不能準確校準，所以也不能讓場景或物體結構完全的重建。

（3）運算量太大：運算量太大是三維重建技術現在面臨的主要難題，過大的運算量占用了較長的時間，導致三維重建的效率低下。

對于上面的這些問題，在以后的時間段內，三維重建技術可以從下面幾點開展鉆研：

（1）改良計算方法：根據所需要重建的實際環境場景，改良照片及視頻圖像的預處理，還有匹配技術也要加以改進，盡量提高環境的光線度、安靜度、清晰度，匹配的精準度得以提升了，算法的魯棒性也會跟著相應地加強。

（2）運用分布式計算：三維重建技術運算量太大這是一個大問題，合理利用計算機技術，采用GPU計算，網絡云計算等多種方式，節省時間，提高效率，運行速度也會大大提高。

（3）各種信息進行融合：采集場景信息的時候，要利用多種類型的傳感器，將圖像中顯示出來的各方面的信息進行交融合并，信息越豐富，建模的完整度和準確度就越高，通用性也越強，效果也會更好。

3 結語

計算機視覺三維重建技術的應用雖已得到多領域應用，甚至醫學、航空、工業、軍事等高科技行業，也在這些年的探索研究中有重大突破性發展，但是要想將這些方法更廣泛地應用到更多領域，還需要進一步努力研究和探索。計算機視覺三維重建技術現有的問題和面臨的挑戰還有很多，都需要我們更加深入地研究解決這些問題，才能讓這一技術得到長久持續的發展。

[參考文獻]

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