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1、 摘 要图像由于携带丰富的信息得到人们的青睐，而目前获取图像的方法有拍照，视屏截图，利用计算机产生彩图，激光扫描等等。从图像中获取景物的三维信息属于一个多学科交叉的研究领域,它涉及到射影几何学、数字图像处理、计算机图形学、计算机视觉等许多学科的理论,是目前研究的热点之一。三维重建就是通过二维图像中基元(如点、线、面)来恢复目标的三维空间信息,需要研究三维空间中点、线、面的三维坐标与二维图像中对应点、线、面的二维坐标之间的关系,实现定量分析物体的大小和空间物体的相互位置关系。其主要过程是通过对图像的特征提取、特征匹配、图像关键特征的重建、三角化以及数据融合生成物体完整的三维结构。这种三维信息或三
2、维模型在虚拟植物可视化、数字娱乐、产品外观设计、虚拟场景的模拟等诸多领域具有广泛的应用价值。本文提出了利用数字图像处理的方法对图像进行处理以获得目标图像的轮廓，并得到目标图像的轮廓关键点上的坐标，这对接下来的三维重建目标十分关键。在本文中图像采集之后，首先将其数字化。数字化之后，计算机利用数字图像处理技术对图像进行彩色预处理、去除背景、图像平滑、彩色转灰度、图像锐化、灰度二值化、腐蚀膨胀、滤波、轮廓提取等处理，并且给出每步处理的图像结果。关键词： 数字成像； 图像处理； 三维重建； 轮廓； 坐标 Abtract Image which due to the rich information t
3、o get the favour of people，At present, image acquisition methods are taking pictures, screen shots, and produce images by computer, laser scanning etc.Three-dimensional information obtained from two-dimensional images is an interdisciplinary research field, it involves many subjects of projective ge
4、ometry, digital image processing, computer graphics, computer vision theory, is a research hotspot. Three-dimensional reconstruction is through 2D image primitives (such as point, line, surface) three-dimensional spatial information to restore the target, need to study three-dimensional point, line,
5、 surface 3D coordinate and 2D image corresponding points, lines, surfaces two-dimensional 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, reconstructio
6、n of key characteristics, triangulation and data fusion to generate complete object three-dimensional structure. This 3D information or 3D models have wide applications in virtual plant visualization, digital entertainment, product design, virtual scene simulation etc.This paper proposes the method
7、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 three-dimensional reconstruction . In this paper we should firstly digitize th
8、e image acquisition, After digitaliztion, computer 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, an
9、d gives the result among erey steps of image processing.Key words : Digital imaging； image processing； 3D reconstruction； contour； coordinate 目 录摘要1Abstract2目录3第一章 绪论51.1论文研究的背景51.1.1三维测量技术的背景51.12数字图像处理的发展情况61.2数字成像与轮廓提取技术在国内外的发展71.3论文研究的主要内容7 1.4论文的安排8第二章 光学成像系统和图像系统的设计82.1光学成像系统的搭建82.1.1摄像系统的方案选择
10、82.1.2摄像机的参数选择132.1.3光照系统的设计142.1.4光学成像系统的搭建效果162.2摄像机的标定162.2.1摄像机的标定原理162.2.2摄像机的标定过程172.3图像采集182.3.1图像采集的工作过程182.3.2D-S4004HC图像采集卡192.3.3PCI-2312光电隔离DI/D0卡202.3.4软件设计流程21第三章 数字图像处理的基本理论233.1数字图像处理的基本知识233.1.1数字图像的表示方法24 3.1.2数字图像的颜色模型25 3.2图像平滑25 3.2.1中值滤波263.2.2均值滤波263.3图像锐化273.3.1一阶微分运算27 3.3.2
11、基于拉氏算子的图像锐化处理28 3.4图像表示方法相互转化29 3.4.1彩色图像转为灰度图像293.4.2灰度图像二值化293.5二值图像的形态学处理303.5.1图像膨胀303.5.2图像腐蚀30 3.6MATLAB软件的简介31第四章 数字图像处理的实现324.1图像的读取与显示33 4.2彩色图像预处理334.3彩色图像转为灰度图34 4.4图像的锐化与边缘检测35 4.4.1图像的锐化354.4.2图像的边缘检测354.5灰度图像的二值化36 4.6二值图像的处理37 4.6.1腐蚀膨胀处理374.6.2二值图像的中值滤波38 4.6.3连通域标记法滤波394.6.4水杯各分面的轮廓
12、提取414.7 提取水杯分面的轮廓坐标43 4.7.1建立四个分面的二维坐标系43 4.7.2 四个分面的三维坐标系 44 4.7.3选取特征点44第五章 系统介绍与误差分析465.1系统各环节的误差分析46 5.1.1仪器产生的误差46 5.1.2数字图像处理过程中的误差465.1.3环境引起的误差47第6章 总结与展望48参考文献：49 第一章 绪论1.1论文研究的背景1.1.1三维测量技术的背景 21世纪是信息化的时代，而在信息学研究中以图像为载体的信息处理占据重要位置，图像工程已经渗透到各个学科，从工业机器上的视觉检测，医学上的病变诊断，多媒体通信与娱乐，等各个方面都有巨大的用途。其中
13、数字成像系统应用十分广泛。现在这种技术可以被用于地形数据的可视化，这样可以由二维等高线重构出具有光照效果的三维地形图;还有在医学方面比如CT/MRI(核磁共振成像)可以应用于人体断层解剖图像的可视化,同样是得到一个序列的二维轮廓线来重构三维形体,比如人的血管、神经等。 三维测量技术是近年来几何量测量技术中的重点研究领域，该技术以获取被测物体三维轮廓数据为目的，主要包括数据测量与数据后续处理。伴随着光电传感器件以及计算机技术的日趋成熟，三维测量技术得到了不断丰富和发展，越来越广泛的应用对该技术的发展也提出了更新的要求，同时催化了一些相关技术领域的发展，如摄像机标定技术，图像工程，数据补偿技术，颜
14、色渲染技术，测量视角自动选择技术等等。1.1.2数字图像处理的发展情况 根据激光扫描的物体尺寸是在一个相对稳定的范围之内的特点。由此就产生了通过分析目标物体的图像信息，来完成图像面的提取和关键点坐标的提取，而代替人工提取关键点坐标的过程。产生这些想法的原因主要是因为数字图像处理技术的飞速发展，下来简单介绍一下数字图像处理的发展情况。图像是人类视觉的基础，是自然景物的客观反映，是人类认识世界和人类本身的重要源泉。它所携带的巨大信息量可以将客观事物的原形真实地展现在人们的眼前。图像可以分为模拟图像和数字图像。人眼看到的任何自然界的图像都是连续的模拟图像，它的形状和形态表现由图像各位置的颜色所决定。数字图像是由模拟图像经过采样、量化、编码等步骤离散化得到的。由于计算机只能处理数字信息，因此必须把模拟图像转化为数字图像之后，才可以进行处理。数字图像处理是指通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。广义的图像处理技术，还包括了图像理解、图像分析、图像识别，等等。数字图像处理主要应用于下面一些领域：(1)通信。通信应用包括图像传输、电视电话、电视会议、数字图像处理技术主要用于图像压缩甚至在图像理解的基础上进行压缩。(2)宇宙探测与遥感。由于太空技术的
