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基于双目视觉的三维书写系统的设计与实现的开题报告
一、选题背景
在计算机较早的年代，人们只能使用二维平面作为信息表达和数据储存的方式。然而，随着虚拟现实、机器人等新兴技术的出现和发展，对于三维数据的呈现和处理需求越来越高。因此，需要一种能够实现三维信息表达和数字书写的技术。
在这样的背景下，基于双目视觉的三维书写系统应运而生。通过多个摄像头捕捉实时场景，并且结合计算机视觉算法，可以准确地获取对象的三维信息。这样的系统可以帮助用户在虚拟场景中进行三维形状的书写，从而实现三维信息的创造和储存。
二、研究目的
该课题的主要研究目的是设计和实现基于双目视觉的三维书写系统。通过该系统，用户可以通过手势或笔迹等方式在虚拟三维场景中进行创作。为了实现这个目的，需要完成以下的具体任务：
1.搭建双目摄像头系统，获取场景中不同角度的图像信息。
2.对获取的图像进行双目匹配处理，得到场景的深度信息。
3.基于深度信息，建立三维场景模型。
4.设计合适的用户界面和手势识别算法，实现对三维场景的创建和编辑。
5.针对不同应用场景的需求，拓展系统功能，如多人协作、三维模型导出等。
三、研究内容
1.双目摄像头系统设计
设计双目摄像头系统，在保证成像质量的前提下，尽可能降低成本和复杂度。摄像头需要支持双目立体成像和同步获取图像信息。
2.图像匹配和深度计算
对于获取的双目图像，需要进行图像匹配，得到像素点的坐标偏差，从而计算像素点的深度信息。
3.三维场景建模
基于深度信息，利用三维重建算法建立场景的三维模型，并进行相机姿态校准和纹理映射等处理，使得模型实现浓郁和真实感。
4.用户界面设计和手势识别算法
设计直观友好的用户界面，使得用户可以简单直接的进行三维场景的创作和编辑。此外，依据传感器数据、图像、语音等传递人的意图，设计识别手势的算法，识别主题对场景进行智能化书写和编辑。
5.系统拓展
在实现基础功能的同时，对系统进行拓展，如实现多人协作功能、模型导出功能等，以满足不同应用场景的需求。
四、预期成果
本课题的预期成果包括：
1.一套基于双目视觉的三维书写系统。
2.双目视觉深度图像匹配和三维场景建模算法。
3.可实现人机交互的用户界面和手势识别算法。
4.系统拓展和维护文档。
五、研究难点和解决方案
1.双目匹配算法的优化。
可采用深度学习、神经网络等技术进行调优和训练，提高深度信息的准确度和鲁棒性。
2.三维建模中的图像配准与纹理映射的优化。
可采用自适应手术映射等算法，提高图像纹理信息的还原度和清晰度。
3.用户界面和手势识别算法的设计和实现。
可以借助开源引擎和算法，如Unity3D、OpenCV等，依据需求调用SDK，在改进体验的前提下，延伸功能。
六、参考文献
1.张宏,杨冬妮,李新建.基于双目视觉的三维虚拟场景重建[J].中国图象图形学报,2011,16(4):471-479.
2.Y.Fang,B.Zhang,X.Li,etal.AThree-dimensionalHandwritingSystemBasedonbinocularVisionandDepthSensing[C].2017IEEEInternationalConferenceonRoboticsandBiomimetics(ROBIO),2017:1247-1252.
3.K.Saranya,R.GeethaRamani.RealtimeHandGestureRecognitionforInteractivePrograminSphericalStereoVision[J].InternationalJournalofEngineeringandAdvancedTechnology(IJEAT),ISSN:2249–8958,2019.
4.D.J.López,V.Ruiz,C.Sánchez-Arévalo,etal.Acomparisonofdepthmapgenerationtechniquesfor3Dvideodigitisationsystem[J].MultimediaToolsandApplications,2017,76(13):14183-14214.