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[学位]

深度相机多视角重建点云的实时融合技术研究

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Author:

赵鹏亮 (赵鹏亮.)

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Abstract:

人体及场景的三维重建在3D打印,生物医学,AR等领域的应用越来越广泛,然而传统的三维重建方式往往使用的设备比较复杂,操作麻烦,而且效率较低很难实现实时的模型重建与融合,已经无法满足未来的用户需求,因此,研究一套便捷,高效的多视角实时融合方法就显得非常重要了。本文通过对IntelR200深度相机的多视角点云数据的获取,多视角点云数据的快速配准及深度相机模型和颜色数据的实时融合进行优化研究,最终在使用GPU对算法并行加速的基础上,实现了单个深度相机多视角重建点云的实时融合,主要工作内容包括:
针对R200深度相机获取的初始点云数据质量差,不利于配准的问题,设计了系统的总体方案,通过分析深度相机深度值计算原理和点云重建过程,对影响数据效果的环境和内外参数进行了优化,提升了深度数据质量,对比多种滤波方式,最终选用双边滤波对深度图像进行滤波处理,进一步提升了点云数据质量。
优化改进传统的ICP数据配准方法,提升配准的效率和稳定性,使用空间投影点对搜索代替最临近点搜索寻找对应点,实现了一种不同于传统点点距离目标函数的点面距离目标函数加速配准迭代,并且用均值分层采样来加速数据配准的收敛过程,使配准平均单次迭代时间达到0.35ms。
针对配准后数据出现分层的问题,考虑GPU并行运算特点,使用截断距离函数(TSDF)值实现了在预先划分的体素单元网格中曲面信息的数字化表达,采用线性加权融合的方法对相邻帧点云数据进行处理,实现了点云数据的实时融合,且融合后通过光线投射算法获得的模型表面光滑均匀,此外设计了一种颜色数据的融合方案,输出了彩色模型。
根据上述的研究成果,实现了IntelR200深度相机多视角重建点云的实时融合,通过精度测试实验,其精度能够满足一般人体及场景重建的使用需求,重建的结果表明该方法在实现扫描设备简捷化,高效化的同时,能够较好的重建出被测对象的三维形貌,对三维重建研究有着重要的意义。

Keyword:

点云数据优化 多视角 深度相机 实时融合 数据配准

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 硕士

Mentor: 梁晋

Year: 2018

Language: Other

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 45

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