未校正影像三維模型建構與定位精度之研究

3D Construction and Accuracy Assessment for Uncalibrated Images

陳思翰(Szu-Han Chen)

指導教授 ： 黃金聰

國立臺北大學/公共事務學院/不動產與城鄉環境學系/碩士(2011年)

摘要

由於近年來古蹟、文化遺產和特定建物原貌的保存受到大眾普遍地重視，透過三維模型建構是相當快速且資訊化的方式。目前用來建構三維模型常用的方法是採用近景攝影測量以及光達掃描，但前者需要較多的人為介入，後者則需要較為昂貴的設備方能達成，因此，以低價位非量測型數位相機作為三維建模的設備，藉由拍攝建物影像來獲取外觀坐標及色彩資訊，可視為經濟、快速的方法。然而此方法所使用之相機未經過率定，影像也未經過校正，在偵測建物特徵與點位匹配上，其有效性及準確性需要受到檢驗；而攝影站位置如何定位，如何從影像中獲取空間坐標，也是重要的課題。
尺度不變特徵轉換 (Scale-Invariant Feature Transform, SIFT) 萃取的特徵點，具有很好的尺度、旋轉、視角和光照不變性等優點，可進行自動化特徵點萃取與匹配；而攝影站位置的定位，以及空間坐標的求取將採用從運動中獲取空間結構 (Structure from Motion, SfM) 的技術來克服。SfM方法主要利用捕捉影像畫面中的點、線條與平面等主要特徵，在連續畫面中透過這些畫面特徵的變動，來估算物體與攝影機之間的相對運動及物體在三維空間的關係。微軟在2008年推出Photosynth採用SIFT以及SfM的技術，其可將同一場景不同角度的影像進行特徵匹配後，結合成3D場景以供展示，由於操作簡單且運算快速，可以讓使用者輕易建構出虛擬實境，也提供物件嵌入網頁可分享成果給其他使用者。
本研究希望透過相關實驗數據來瞭解將未校正之影像以Photosynth 方法進行物空間坐標定位時可達到何種標準，藉由分析相關數據，與近景攝影、光達等方法做比較，來瞭解其在二維與三維空間的定位精度，最後了解此方法的限制與可能面臨的問題。利用一般規格的數位相機進行拍攝，即可建構出符合適宜精度的三維模型，經濟、快速且可靠的完成空間樣貌紀錄，並可透過網路地圖平台展示所在地點，對於建物保存將有所助益，亦提供未來建構三維模型的另一種選擇。

關鍵字

近景攝影測量 ； 光達 ； 點雲

並列摘要

In recent years, monuments, cultural heritage and preservation of specific building was widespread public attention. Using the three-dimensional model construction is very fast and Informatization, and close-range photogrammetry and LiDAR scanning were the primary methods for 3D model construction, but the former requires more human intervention, and the letter requires more expensive equipment. Therefore, using the no-metric digital camera to construct the 3D model, can easily obtain the coordinate system and the feature color. However the image was not be calibrated, so we have to examine the camera, to acquire the right coordinate of points.
Scale-invariant feature transform (SIFT) had a good invariance of scale, rotation, perspective and lighting for feature point extraction. It can be automated to feature point extraction and matching; Structure from Motion (SfM) can locate to camera station and acquire space coordinates by continuous photos. . In 2008, Microsoft released a free technique-Photosynth, it combined SIFT and SfM technology. It can analyze digital photographs and generate a 3D model of the photos and a point cloud of a photographed object. It let anyone can view and move around in.
In this paper, we like to know the precision of the point cloud with Photosynth in 2D and 3D, by using some empirical data. The result is used to compare to the close-range Photogrammetry and Lidar, and we will to find out the restriction and the problem in this method. In the end, we want to know can Photosynth be a good constructing 3-D model tool.

並列關鍵字

Close-range Photogrammetry ； Lidar ； Point Cloud

參考文獻

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