利用Kinect傳感器的三維掃描系統(tǒng)研究.pdf

1、利用Kinect傳感器的三維掃描系統(tǒng)研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：王歡指導(dǎo)教師：汪同慶教授專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)光電工程學(xué)院二O一五年五月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要三維掃描技術(shù)就是結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中真實(shí)再現(xiàn)實(shí)體的三維模型。在計(jì)算機(jī)視覺、逆向工程、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域，三維掃描技術(shù)一直是其研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，三維掃描技術(shù)也是人類在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究中所面臨的重大挑戰(zhàn)。傳

2、統(tǒng)的三維掃描設(shè)備往往價(jià)格昂貴，且操作繁瑣。本文所研究的三維掃描系統(tǒng)借助于成本低廉、操作簡(jiǎn)單的Kinect傳感器，將其作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，獲取目標(biāo)物的多視角深度數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為三維點(diǎn)云，在此基礎(chǔ)上配準(zhǔn)和融合不同視角的點(diǎn)云數(shù)據(jù)得到目標(biāo)物的全局三維模型。論文主要的研究工作包括：首先，利用Kinect傳感器在多個(gè)不同的視場(chǎng)角之下采集目標(biāo)物的深度信息，根據(jù)相關(guān)的坐標(biāo)系統(tǒng)之間的變換關(guān)系將這些深度信息轉(zhuǎn)化為包含X、Y、Z坐標(biāo)值信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。同時(shí)為了

3、減少后續(xù)的計(jì)算量，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)目做了簡(jiǎn)化處理。其次，分析并研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的原理和現(xiàn)有的配準(zhǔn)方法，并結(jié)合Kinect采集的深度圖像轉(zhuǎn)化而來的三維點(diǎn)云的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的點(diǎn)云自動(dòng)配準(zhǔn)算法，依次配準(zhǔn)并融合所有的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到全局三維數(shù)據(jù)。該配準(zhǔn)算法分為初始配準(zhǔn)和精細(xì)配準(zhǔn)兩個(gè)階段。在初始配準(zhǔn)階段，需要提取待配準(zhǔn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征描述符，利用特征描述符來查找初始對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)，并結(jié)合篩選和過濾后的對(duì)應(yīng)點(diǎn)對(duì)計(jì)算這兩組點(diǎn)云之間的初始轉(zhuǎn)換關(guān)系。精細(xì)

4、配準(zhǔn)是在初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用迭代最近點(diǎn)算法做進(jìn)一步的配準(zhǔn)，得到兩組點(diǎn)云之間精確的轉(zhuǎn)換關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)的配準(zhǔn)方法既保證了三維點(diǎn)云的配準(zhǔn)質(zhì)量，又降低了計(jì)算復(fù)雜度，具有較高的可操作性和魯棒性。接著，為了滿足目標(biāo)物可視化的要求，采用貪婪投影三角網(wǎng)格化算法對(duì)全局三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行表面模型重建，得到實(shí)體的三維模型。最后，根據(jù)本文的算法編寫了三維掃描系統(tǒng)軟件，利用自己采集的目標(biāo)物的數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了系統(tǒng)軟件的可行性。本文的三維掃描系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，所需