本书系统介绍了航空侦察图像三维重建的关键理论与技术，给出了重建系统的工程实现方法。首先，对基于图像三维重建的数据采集方法进行介绍；其次，分别对特征提取与匹配、相机标定、稀疏点云重建、密集点云重建、表面重建以及纹理映射几个主要重建环节的基本理论进行阐述；再次，针对海面舰船图像特点，构建了显著区域检测、特征点检测、加权函数特征点检测方法，深入探讨了稀疏三维重建中的基础矩阵估计和光束法平差问题，给出了舰船目标三维重建系统的建设需求和设计方案，并开发了一个舰船目标混合三维重建系统；最后，通过试验验证了系统的有效性。

本书可供三维重建、目标精确识别、智能视觉等领域科研人员和工程技术人员参考，也可作为高等学校应用数学类、电子信息类、计算机应用类等专业高年级本科生或研究生的教材。

第一部分 概述及数据采集方法

第1章 概述

1．1 三维重建软件研究现状

1．1．1 商业软件

1．1．2 开源工具包

1．1．3 启示

1．2 三维重建关键技术研究现状

1．2．1 特征点检测与匹配

1．2．2 稀疏三维重建

1．2．3 多视图像三维点重建

1．2．4 表面重建

1．2．5 纹理映射

1．3 不动点优化算法研究现状

第2童侦察图像三维重建的数据采集方法研究

2．1 基本原则

2．2 目标及环境选择

2．2．1 目标选择

2．2．2 环境选择

2．3 相机的设置

2．3．1 内部设置

2．3．2 外部设置

2．4 相机运动方式

2．4．1 环绕拍摄

2．4．2 平行拍摄

2．4．3 拍摄距离

2．5 构图方式

2．6 定位数据获取

2．6．1 地面控制点的数量和分布

2．6．2 地面控制点的获取

第二部分 基于运动恢复结构的三维重建理论研究

第3章 特征点提取与匹配理论及算法

3．1 特征点检测

3．1．1 Harris特征点检测算法

3．1．2 SIFT特征提取

3．2 两视图特征匹配

3．2．1 归一化互相关算法

3．2．2 Kd-树算法

3．3 匹配对提纯

3．3．1 比值提纯法

3．3．2 一致性提纯法

3．3．3 双边约束匹配法

第4章 相机标定理论及方法

4．1 EXIF信息读取法

4．2 相机自标定

4．2．1 自标定问题

4．2．2 Kruppa方程自标定法

4．2．3 分层自标定

4．2．4 基于绝对对偶二次曲面的自标定

第5章 典型稀疏点云重建方法研究

……

近十多年来，基于多视角可见光图像的三维重建理论与技术日趋成熟，相关理论研究与算法构建更加多元，部分商业软件也如雨后春笋般涌现，在三维测绘、文物保护、医疗检测、自主导航等领域大放异彩，有效提升了人类的认知维度。但长久以来，对三维重建理论与三维可视化理论的阐述是分离的，即绝大多数资料对于三维重建理论的探讨集中在稀疏点云重建环节，对密集点云重建、网格构建、纹理映射等环节较少涉及。虽然在目标三维识别领域，基于三维点云即可以实现全方位识别，但为了给决策人员提供更加全面、形象的视觉体验，后续的可视化流程也是不可少的。目前，常见的国内外的三维重建软件，大多针对民用领域开发，在军事侦察领域，如何基于侦察图像，特别是航空侦察图像，对复杂战场环境或战场特定目标，给出专业三维重建软件的开发方案，也较为少见。因此，进一步梳理全流程三维重建理论并开发更加专业的重建系统，将极大提高图像情报的利用率和保障水平，引领军事智能化中的视觉潮头。

本书是对近年来智能视觉感知技术基础——图像三维重建技术的一个阶段总结和应用扩展，主要针对多角度、非定标的航空侦察可见光图像，系统地梳理了全流程航空图像三维重建理论，创造性地将非线性泛函不动点理论与计算机视觉理论进行了交叉融合，利用不动点迭代方法解决了三维重建中面临的一些难题，并在算法优化的基础上，给出了一套专业三维重建系统的顶层论证和总体设计方法，以期在理论优化、技术应用、工程实现相融合的基础上，为业内人员提供参考。

全书共分为六部分：第1、第2章为概述与数据采集方法部分，针对三维重建数据需求，系统地给出了合理的图像采集方法，以获取更优的重建结果；第3-第8章为三维重建理论阐述部分，分别从特征点提取与匹配、相机标定、稀疏点云重建、密集点云重建、表面重建以及纹理映射几个方面，系统深入地对相关原理和算法进行了介绍，为重建系统的开发奠定了理论基础；第9^-第13章为重建典型环节优化算法部分，分别从预处理环节、特征提取环节以及稀疏重建环节进行了算法优化研究：第14、第15章为三维重建系统工程化研究部分，基于某专业三维重建系统的建设需求和各类指标要求，给出了一个系统的构建方案，并以此开发了一套混合三维重建系统：第16、第17章为试验测试及结果分析部分，通过对不同图像数据、软件和拍摄条件的对比测试，验证了所研发软件的有效性，并进一步给出了三维模型数据的质量评价、组织管理和共享发布的基本要求。