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研究生: 陳健源
論文名稱: 利用數位影像處理進行方筒鏡成像之視場分割
The Segmentation of Square Tube Mirrors Image Views by Digital Image Processing
指導教授: 楊士禮
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 光電工程研究所
Institute of Photonics Technologies
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 127
中文關鍵詞: 方筒鏡
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  • 目前市面上的三維內容產生器並無法直接取像產生立體影像,都必須先截取實景中的2D影像後,依靠軟體做連結重新建構成立體影像,而一張立體影像的品質好壞,軟體於其中佔有一個重要的地位。
    方筒鏡成像系統是一個特殊設計的三維內容產生器,能夠於實景中取像後產生一張同時具有九個視場的二維影像,稱為方筒鏡影像,而3D重建時所需要的各項重要資訊,例如:深度,則隱含於這九個視場中,有效地將各個視場獨立分割出來便可以實行立體影像的各項應用。
    本論文中,提出一種新的方法去分析方筒鏡影像進而偵測出定義這九個視場間關聯性的邊界。在分析的過程中,我們先把影像轉化成灰階來簡化問題,進行邊界偵測的梯度運算後,將梯度運算的結果沿著水平和垂直方向設定一個區域,利用線段濾波器將區域內的影像邊界特徵抽取出來,並以一階線性擬合的方式定義出影像邊界,最後得到定義方筒鏡影像視場間關聯性的邊界點。
    為了驗證此一方筒鏡影像分析方法,我們以12個不同背景環境下拍攝的方筒鏡影像進行驗證,經過系統修正以後的平均偵測誤差都在一個令人可以接受的範圍內。


    Most of three-dimensional (3D) content generation programs cannot generate a stereoscopic image directly. 3D content is realized by capturing the two-dimensional images of the object at different angles firstly then reconstructing the stereoscopic image by the software. The performance of a stereoscopic image will suffer if the software converting 2D to 3D image is not efficient and accurate.
    Square tube mirror image system is a special three-dimensional content generation designed to generate a special two-dimensional image composed of nine views (as if taken from nine different cameras), called STM image. The key information to reconstruct 3D image like depth can be extracted from these nine views after accurately segmented from the STM image.
    In this thesis, we present a method to analyze the STM image by recognizing the boundaries of those nine views. In the process, we simplify the problem by converting to grey scales, confine the edge detection within a certain region of the vertical and horizontal directions by taking x and y gradients of the image, utilize line segment filters to extract the boundaries of STM image, and identify those boundaries by linearly fitting the filtered image. The boundaries are defined, finally, by the four edge points and ready to be segmented.
    The boundary-recognition results are demonstrated by 12 STM images under different backgrounds. The average detection error after systematic correction is satisfactory.

    摘 要 i Abstract ii 致 謝 iii 目 錄 iv 第一章 序論 1 1-1 研究背景 1 1-2 研究動機 2 1-3 論文架構 2 第二章 方筒鏡 4 2-1 簡介 4 2-2 STM原理 5 2-3 STMIS原理 8 2-4 STM image 11 第三章 理論分析 12 3-1 數位影像處理 12 3-1-1 座標規範 12 3-1-2 影像類型 13 3-1-3 影像分析 15 3-2 影像分割及邊緣偵測 16 3-2-1 梯度 17 3-2-2 拉普拉斯運算 18 3-3 影像特徵抽取與表示 19 3-3-1 數學形態學 20 3-3-2 空間濾波 21 3-3-3 相關性匹配 23 3-4 影像描述 24 3-4-1 邊界描述子 24 3-4-2 線性擬合 26 第四章 研究方法 28 4-1 設計流程 28 4-2 取像系統規格與方筒鏡影像之取得 30 4-3 影像分析系統 32 4-3-1 灰階影像 32 4-3-2 影像分割 33 4-3-3 區域選取 36 4-3-4 特徵匹配與表示 40 4-4 初始點選取系統 46 4-5 線性擬合系統 48 第五章 實驗結果與誤差分析 50 5-1 結果顯示與比較 50 5-2 誤差分析 75 第六章 結論與未來展望 94 參考文獻 97 附 錄 99 附錄一 梯度臨界值法影像分析系統 99 附錄二 梯度比例臨界值法影像分析系統 104 附錄三 初始點選取系統 110 附錄四 線性擬合系統 114 附錄五 梯度臨界值法 122 附錄六 梯度比例臨界值法 124 附錄七 短線段濾波器 126

    [1] 關於本論文中的技術參見United States provisional patent application number: 61/178, 776
    [2] Rafael C. Gonzales, Richard E. Woods, “Digital Image Processing” 2/e
    [3] Rafael C. Gonzales, Richard E. Woods and Steven L. Eddins ,“Digital Image Processing USING MATLAB”
    [4] 連國珍,“數位影像處理”,第五版,儒林圖書有限公司,台北,(2008)
    [5] 陳廷標,夏良正,“數位影像處理”,初版,儒林圖書有限公司,台北,(1993)
    [6] 黃登源,“應用迴歸分析”,初版,華泰文化事業股份有限公司,台北,(1998)
    [7] 王中宇,溫坤禮,葛樂矣,“測量誤差分析與數據處理”,初版,五南圖書出版股份有限公司,台北,(2008)
    [8] 袁帝文,“應用數值方法”,初版,儒林圖書有限公司,台北,(1997)
    [9] 張益誠,“三維內容產生器暨方筒鏡設計之研究” ,國立清華大學光電工程研究所碩士論文,(2010)

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