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基于多台Kinect摄像机的三维重建系统研究

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1 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的内容和结构安排

1.4 本章小结

2 系统研究方案

2.1 Kinect摄像机介绍

2.2 系统整体方案设计

2.3 本章小结

3 Kinect图像数据预处理

3.1 常用的去噪方法分析

3.2 本文的去噪方法

3.3 去噪实验

3.4 本章小结

4 多Kinect摄像机定标

4.1摄像机标定原理

4.2 相机成像模型

4.3 常用的相机标定算法

4.4 本文采用的标定算法

4.5标定实验

4.6 本章小结

5 三维数据拼接和融合

5.1 数据拼接

5.2 数据融合

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

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摘要

三维重建和三维显示技术逐渐成为研究热点,目前重建系统大多成本高,操作复杂。本文针对这些问题,开展的主要研究工作包括:
  1.利用三台Kinect摄像机,搭建了操作简便、成本较低的三维重建系统。编写了图像采集、处理软件,图像标定软件,集成了三维显示软件,并且可通过手动旋转自由的选择视点与视角。
  2.在实验室原理样机系统构建的基础上,本文针对彩色图像的噪声特点,提出一种改进的中值滤波算法,能够保证灰度值不变的前提下对彩色图像中的信号点和噪声点进行标识后进行噪声处理。
  3.针对摄像机视角存在的视角交叠的问题,在张氏标定法的基础上提出对3台摄像机进行两两标定,将各自的图像坐标系转换到同一个世界坐标系中,并获取对应参数。实现了不同视角之间的转换。
  4.系统采用迭代最近点(ICP)算法来对三个相机得到的点云模块进行匹配拼接,来得到完整的三维模型。针对点云重合之间的数据冗余问题,选用一种基于K-d树的搜索算法来剔除冗余数据,完成数据融合。
  研究和实验结果表明,采用Kinect摄像机能够同时获得彩色图像和深度图像,能够形成操作简单,性价比较好的三维系统。在精度和图像重建速度等方面进一步改进后可以应用于医学影像,医学手术过程的重建以及虚拟试衣间等三维重建的应用场合,因此,具有比较重要的研究意义。
  本项目得到了山西省自然科学基金项目(2015011041)和山西省回国留学人员科研项目(2014-053)的支持。

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