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)，在計算機(jī)中真實再現(xiàn)實體的三維模型。在計算機(jī)視覺、逆向工程、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域，三維掃描技術(shù)一直是其研究的熱點和難點，有著廣闊的應(yīng)用前景。同時，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)化為三維點云，在此基礎(chǔ)上配準(zhǔn)和融合不同視角的點云數(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傳感器在多個不同的視場角之下采集目標(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)值信息的三維點云數(shù)據(jù)。同時為了

3、減少后續(xù)的計算量，對點云數(shù)據(jù)的數(shù)目做了簡化處理。其次，分析并研究了點云數(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)化而來的三維點云的特點，提出了一種改進(jìn)的點云自動配準(zhǔn)算法，依次配準(zhǔn)并融合所有的三維點云數(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)兩個階段。在初始配準(zhǔn)階段，需要提取待配準(zhǔn)點云數(shù)據(jù)的特征描述符，利用特征描述符來查找初始對應(yīng)點對，并結(jié)合篩選和過濾后的對應(yīng)點對計算這兩組點云之間的初始轉(zhuǎn)換關(guān)系。精細(xì)

4、配準(zhǔn)是在初始配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用迭代最近點算法做進(jìn)一步的配準(zhǔn)，得到兩組點云之間精確的轉(zhuǎn)換關(guān)系。實驗結(jié)果表明，改進(jìn)的配準(zhǔn)方法既保證了三維點云的配準(zhǔn)質(zhì)量，又降低了計算復(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)格化算法對全局三維點云數(shù)據(jù)進(jìn)行表面模型重建，得到實體的三維模型。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)，驗證了系統(tǒng)軟件的可行性。本文的三維掃描系統(tǒng)操作簡單，所需