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研究生:林宏昱
研究生(外文):Hung-Yu Lin
論文名稱:整合紅外線熱影像與可見光影像之熱影像三維模型重建
論文名稱(外文):Integration of Infrared Thermal Image and Visible Image for 3D Thermal Model Reconstruction
指導教授:楊明德楊明德引用關係
指導教授(外文):Ming-Der Yang
口試委員:韓仁毓蘇東青
口試委員(外文):Jen-Yu HanTung-Ching Su
口試日期:2017-07-07
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:48
中文關鍵詞:紅外線熱成像影像式三維模型重建
外文關鍵詞:Infrared Thermal ImagingImage-Based Modeling
相關次數:
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本研究結合紅外線熱成像(Infrared Thermal Imaging)及影像式三維模型重建(Image-Based Modeling, IBM)來進行熱影像三維模型重建。紅外線熱成像能以二維影像呈現物體溫度資訊,是土木工程領域中常見的建築檢測法。然而熱影像與人眼可辨識的可見光影像不同,導致熱影像與現場影像產生對位問題,雖然能從熱影像的光譜獲得溫度資訊,卻無法取得現場物體邊緣、特徵點等幾何資訊,本研究以可見光影像製成三維模型,融合熱影像的光譜資訊,以同時保留現場的幾何資訊及熱影像的溫度資訊,解決熱影像的幾何辨識問題。
真實且視覺化的三維場景除了提供確切的物體深度與空間感之外,亦能利用其紋理提供光譜資訊,然而熱影像的低空間解析度及光譜特性等特性,導致影像式三維模型重建技術無法重構熱影像。本研究改良目前的影像式三維模型重建流程,利用電腦視覺的技術套疊熱影像及可見光影像,再從高解析度可見光影像中萃取幾何資訊進行影像式三維模型重建,最後自熱影像中擷取光譜資訊投影至三維模型上,重建出擁有熱影像光譜資訊的三維模型。
本研究以中興大學土木環工大樓為例,重構其熱影像三維模型,還原真實尺度並保留幾何資訊,也能從其紋理獲得熱影像的溫度資訊,後續成果可應用於建築檢測、管線安全檢測等方面,提供更直觀的決策依據。
The present study proposes a reconstruction method of the thermal image three-dimensional (3D) model by using the Infrared Thermal Imaging (ITI) and the Image-Based Modeling (IBM) techniques. The ITI, a common building inspection method in civil engineering, can display temperature information of an object in a two-dimensional (2D) image. Different from visible light images, thermal images are not visible to the human eye which usually result in wrong alignments issues between the thermal images and the object. Additionally, other than temperature information, thermal images do not provide geometrical information such as object’s edges and feature points. Moreover, the lack of the object’s edge information and low spatial resolution result in the difficulties of IBM using thermal images.
Therefore, the present study reconstruct the thermal image 3D model utilizes visible light images through IBM technique and adds the temperature information derived from thermal images. The reconstructed thermal image 3D model can provide detailed depth, position, and temperature information of the object. This study takes the Civil & Environmental Engineering Building in NCHU as an example. The resulting 3D model can provide spectral and spatial information with corresponding scale and position data and temperature information with surface texture. The proposed method has great opportunities in the field of civil engineering on applications of building inspection, pipeline safety testing, supporting decision making process, and so on.
目錄
致 謝 i
摘 要 ii
ABSTRACT iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
一、 緒論 1
1.1. 研究動機 1
1.2. 研究目的 2
1.3. 研究架構 2
二、 研究背景 4
2.1. 紅外線熱成像 4
2.1.1. 熱影像緣起 4
2.1.2. 黑體輻射理論 5
2.1.3. 熱影像應用 7
2.2. 影像式三維模型重建 7
2.2.1. 特徵點萃取及匹配 8
2.2.2. 重建三維結構和相機關係 12
2.2.3. 三維密集點雲迭代擴散 13
2.2.4. 三維網格重建 14
2.2.5. 網格紋理投影 16
2.3. 開發環境與實驗設備 18
2.3.1. 開發環境 18
2.3.2. 研究設備 19
2.3.3. 影像率定版 21
2.4. 影像式三維模型重建熱影像測試 22
三、 研究理論與實驗設計 23
3.1. 研究流程 23
3.2. 資料取得 24
3.3. 影像校正 24
3.3.1. 熱影像溫度標準化 25
3.3.2. 影像校正 26
3.4. 三維模型重建 32
3.4.1. 特徵點萃取及匹配 32
3.4.2. 重建三維結構和相機關係 33
3.4.3. 三維密集點雲迭代擴散 33
3.4.4. 三維網格重建 34
3.4.5. 網格紋理投影 34
四、 成果分析 36
4.1. 影像校正 36
4.1.1. 熱像儀校正 36
4.1.2. 可見光雙鏡頭校正 37
4.1.3. TSS加速成效 39
4.2. 三維模型重建案例 40
4.2.1. 小尺度物件重建試驗 41
4.2.2. 中尺度場景重建試驗 42
4.2.3. 大尺度場景重建試驗 43
五、 結論與建議 45
5.1. 結論 45
5.2. 建議 45
參考文獻 46
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[3]趙智凡,「應用多視立體及運動回復結構技術之三維場景重構與擴增實境」,碩士論文,國立中興大學土木研究所,2012。
[4]廖家翎,「熱影像建製數值地表溫度模型之研究」,碩士論文,國立政治大學私立中國地政研究所,2014。
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[6]歸友亮,「整合熱顯像技術與影像處理於建物外牆磁磚剝落偵測」,碩士論文,國立中興大學土木研究所,2016。
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[21]J.A. Morgan, D.J. Brogan, “How to VisualSFM”, Colorado State University, 2016.
[22]Y. Furukawa, “Multi-View Stereo: A Tutorial”, Washington University in St. Louis, 2015.
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