基于结构光视觉的物体三维重构及姿态估计研究
发布时间：2021-04-12 17:07
近年来,随着计算机视觉领域相关技术正如火如荼的发展着,三维重建越来越受到相关专家学者的重视。而随着三维重建场景的复杂度越来越高,以及重建精度的要求越来越高,重建的难度也随之增加。其中,主要体现在几个方面,例如静态场景下动态物体的干扰,背景以及其他非重建目标的干扰,环境噪声影响采集三维点云的精度、点云之间的相互遮挡等,这些因素都会影响到重建精度和准确性。近年来提出的相关方法多分为两类,一类是针对固定静态场景的三维建模,另一类针对动态物体将其置于旋转平台上,利用静态相机捕捉图像,进而获得不同角度下的物体点云数据。本论文将综合这两方面的实验场景,探讨动态相机拍摄动态旋转物体的姿态位置,实现复杂场景下的目标物体重构,并进一步估计出目标物体的运动信息。本课题采用基于Real Sense的结构光相机来获得目标的RGB-D图像数据。本文首先介绍了针孔成像模型并建立了结构光的视觉成像模型,推导了根据RGB-D图像数据还原三维空间点坐标的方法。然后针对物体重建这一课题,本文引入图像预处理模块。这里主要分为物体跟踪和物体分割两大模块,借助物体跟踪缩小目标感兴趣区域以提高物体分割的准确度。物体跟踪模块采用的...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维重建效果图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2其次，最近VR以及AR技术的火爆，离不开三维重建技术的发展。通过让用户佩戴相应传感设备，在用户做动作的同时进行动作捕捉，将人物的肢体动作乃至面部表情进行识别分析以及解算，以获得三维动作数据，从而达到逼真复原重现真人的复杂动作的目的。再例如如今火热的体感交互游戏等，也是利用三维重建技术，实现真实环境中的用户和虚拟游戏界面的交互。图1-2PhotoMetric无人机测绘点云效果图最后三维重建另一大应用方向是物体级别的扫描重建，现如今市场上已经涌现出诸多款式的3D扫描仪，其优势在于高精度和高细节度，精度可以达到0.05mm的量级，具体原理是通过投射高精度的激光光束到被测物体，分析投射光的变形率来计算物体空间坐标的相对距离，接着利用获取到的数百万级别的高精度点云数据来重建物体的三维表面，如图1-3所示是手持某部国产3D扫描仪旋转扫描某叶轮铸件的示意图以及重建完成得到的三维模型。但是3D扫描仪缺点类似于激光雷达，其成本造价过高，当前市面上的扫描仪多在万元级别不等，这也极大限制了3D扫描仪的应用场景。而近些年来，诸如Kinect、XtionPro、RealSense等消费级RGB-D相机开始普及成为市场主流，甚至在移动设备上也可以直接使用深度相机进行开发，这种硬件层面上的普及也使得三维重建相关技术逐步开始进入人们的日常生活之中。尽管物体级别的三维重建已经开展多年，但是大多分为两类重建场景，一类是类似于SLAM的动态相机扫描静态物体，另一类则是将动态物体置于转盘（turntable）之上，固定相机获取不同角度物体数图1-3手持扫描仪重建叶轮零件所得三维模型效果图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2其次，最近VR以及AR技术的火爆，离不开三维重建技术的发展。通过让用户佩戴相应传感设备，在用户做动作的同时进行动作捕捉，将人物的肢体动作乃至面部表情进行识别分析以及解算，以获得三维动作数据，从而达到逼真复原重现真人的复杂动作的目的。再例如如今火热的体感交互游戏等，也是利用三维重建技术，实现真实环境中的用户和虚拟游戏界面的交互。图1-2PhotoMetric无人机测绘点云效果图最后三维重建另一大应用方向是物体级别的扫描重建，现如今市场上已经涌现出诸多款式的3D扫描仪，其优势在于高精度和高细节度，精度可以达到0.05mm的量级，具体原理是通过投射高精度的激光光束到被测物体，分析投射光的变形率来计算物体空间坐标的相对距离，接着利用获取到的数百万级别的高精度点云数据来重建物体的三维表面，如图1-3所示是手持某部国产3D扫描仪旋转扫描某叶轮铸件的示意图以及重建完成得到的三维模型。但是3D扫描仪缺点类似于激光雷达，其成本造价过高，当前市面上的扫描仪多在万元级别不等，这也极大限制了3D扫描仪的应用场景。而近些年来，诸如Kinect、XtionPro、RealSense等消费级RGB-D相机开始普及成为市场主流，甚至在移动设备上也可以直接使用深度相机进行开发，这种硬件层面上的普及也使得三维重建相关技术逐步开始进入人们的日常生活之中。尽管物体级别的三维重建已经开展多年，但是大多分为两类重建场景，一类是类似于SLAM的动态相机扫描静态物体，另一类则是将动态物体置于转盘（turntable）之上，固定相机获取不同角度物体数图1-3手持扫描仪重建叶轮零件所得三维模型效果图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进SIFT-ICP算法的物体点云建模方法[J]. 于灏,杜华军,蔡莹皓,鲁涛,王睿,王硕. 高技术通讯. 2019(08)
[2]结构光编码方法综述[J]. 陈彦军,左旺孟,王宽全,吴秋峰. 小型微型计算机系统. 2010(09)
本文编号：3133657
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三维重建效果图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2其次，最近VR以及AR技术的火爆，离不开三维重建技术的发展。通过让用户佩戴相应传感设备，在用户做动作的同时进行动作捕捉，将人物的肢体动作乃至面部表情进行识别分析以及解算，以获得三维动作数据，从而达到逼真复原重现真人的复杂动作的目的。再例如如今火热的体感交互游戏等，也是利用三维重建技术，实现真实环境中的用户和虚拟游戏界面的交互。图1-2PhotoMetric无人机测绘点云效果图最后三维重建另一大应用方向是物体级别的扫描重建，现如今市场上已经涌现出诸多款式的3D扫描仪，其优势在于高精度和高细节度，精度可以达到0.05mm的量级，具体原理是通过投射高精度的激光光束到被测物体，分析投射光的变形率来计算物体空间坐标的相对距离，接着利用获取到的数百万级别的高精度点云数据来重建物体的三维表面，如图1-3所示是手持某部国产3D扫描仪旋转扫描某叶轮铸件的示意图以及重建完成得到的三维模型。但是3D扫描仪缺点类似于激光雷达，其成本造价过高，当前市面上的扫描仪多在万元级别不等，这也极大限制了3D扫描仪的应用场景。而近些年来，诸如Kinect、XtionPro、RealSense等消费级RGB-D相机开始普及成为市场主流，甚至在移动设备上也可以直接使用深度相机进行开发，这种硬件层面上的普及也使得三维重建相关技术逐步开始进入人们的日常生活之中。尽管物体级别的三维重建已经开展多年，但是大多分为两类重建场景，一类是类似于SLAM的动态相机扫描静态物体，另一类则是将动态物体置于转盘（turntable）之上，固定相机获取不同角度物体数图1-3手持扫描仪重建叶轮零件所得三维模型效果图
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2其次，最近VR以及AR技术的火爆，离不开三维重建技术的发展。通过让用户佩戴相应传感设备，在用户做动作的同时进行动作捕捉，将人物的肢体动作乃至面部表情进行识别分析以及解算，以获得三维动作数据，从而达到逼真复原重现真人的复杂动作的目的。再例如如今火热的体感交互游戏等，也是利用三维重建技术，实现真实环境中的用户和虚拟游戏界面的交互。图1-2PhotoMetric无人机测绘点云效果图最后三维重建另一大应用方向是物体级别的扫描重建，现如今市场上已经涌现出诸多款式的3D扫描仪，其优势在于高精度和高细节度，精度可以达到0.05mm的量级，具体原理是通过投射高精度的激光光束到被测物体，分析投射光的变形率来计算物体空间坐标的相对距离，接着利用获取到的数百万级别的高精度点云数据来重建物体的三维表面，如图1-3所示是手持某部国产3D扫描仪旋转扫描某叶轮铸件的示意图以及重建完成得到的三维模型。但是3D扫描仪缺点类似于激光雷达，其成本造价过高，当前市面上的扫描仪多在万元级别不等，这也极大限制了3D扫描仪的应用场景。而近些年来，诸如Kinect、XtionPro、RealSense等消费级RGB-D相机开始普及成为市场主流，甚至在移动设备上也可以直接使用深度相机进行开发，这种硬件层面上的普及也使得三维重建相关技术逐步开始进入人们的日常生活之中。尽管物体级别的三维重建已经开展多年，但是大多分为两类重建场景，一类是类似于SLAM的动态相机扫描静态物体，另一类则是将动态物体置于转盘（turntable）之上，固定相机获取不同角度物体数图1-3手持扫描仪重建叶轮零件所得三维模型效果图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进SIFT-ICP算法的物体点云建模方法[J]. 于灏,杜华军,蔡莹皓,鲁涛,王睿,王硕. 高技术通讯. 2019(08)
[2]结构光编码方法综述[J]. 陈彦军,左旺孟,王宽全,吴秋峰. 小型微型计算机系统. 2010(09)
本文编号：3133657
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