由二維光影圖像重建三維實體模型之研究

Abstract

本論文利用二維影像中的亮度分佈資訊來建立其三維的實體模型。在研究中我們以光學投影的理論分別使用了單張及三張物體影像作為還原所需資訊來重建物體曲面，對於以單張影像作為還原資訊的方式中，我們藉由光亮度及曲面平滑度的限制，利用迭代運算的技巧搜尋一個與物體表面具有相同亮度分佈的曲面法向量分佈，進而對曲面法向量積分還原出曲面的高度資訊，同時在迭代搜尋的過程中，我們配合影像邊界偵測的技術，事先在物體交界處提供了良好的初始邊界條件作為迭代的依據，因此解決了相交曲面上方位變化不連續的問題；而另一以三張影像為重建資訊的作法上，我們利用物體分別在三個不同方位之光源的照射下所形成的明暗亮度與各入射光源間的方位關係，解出物體上各點的曲面法向量進而重建曲面，同時在實驗上我們配置適當的點光源位置並加上第四個照射光源影像的輔助來解決陰影區域產生的問題，而從實驗結果看來，兩者對於曲面法向量的計算以及實體模型的還原都有良好的表現，即使是對於物體中含有相交區域的情況下，也能準確的還原出曲面相交的形狀，證明了本研究中所提出之利用影像光亮度的分佈來重建實體模型是個可行的方式。

In this thesis, we reconstructed solid models from gray-level shading images. Two algorithms are implemented and compared. In the first algorithm, an iterative method is applied with brightness constraint and smoothness constraint using intensity information of a single image, and occluding boundary is supplied as boundary condition. In the second algorithm, the surface orientation of an object is determined by photometric stereo method which uses 3 point-light-source as illumination sources, and then the solid model is rebuild. We used a fourth light source to solve the problem of the overlapped shadow area. After experiments, these two methods all show their capabilities in producing sound results. This research proved that it is feasible to rebuild solid models from their corresponding two-dimensional shading images.