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摘要近年来3D打印技术越来越受到关注，该技术凭借其快速、高效、廉价的优势被广泛运用于制造、医疗、航天、建筑等各个领域。然而 3D打印所需三文模型的构建常需要昂贵的仪器(比如激光扫描仪)，高昂的成本和复杂的操作要求阻碍了 3D打印的发展。通过廉价的 Kinect 摄像机能够很好的满足低精度 3D 打印的三文建模要求。但是多台 Kinect摄像机需要标定配准后才能同时使用采集深度信息。本文针对 Kinect 的标定配准问题展开研究，实现了对3台Kinect 的标定与配准，通过棋盘格标定法，使用 Matlab工具箱得出 Kinect 摄像机内外参数。通过计算得出配准矩阵，对采集的数据进行处理，并对原始数据进行降噪处理。通过实现使用 Kinect 摄像机进行三文模型重建能够大力推动 3D打印技术的发展。结果表明，本文的方法能有效地对 Kinect 实现标定配准和深度图像降噪工作。 32273
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毕业论文关键词 KINECT 标定 配准
Title Research on acquiring 3D point cloud data based on multi Kinect
Abstract In recent years,3D printing technology has become more and more popular. With the rapid, efficient, low-cost advantages, it have been used in many fields such as manufacturing, medical, aerospace, construction etc.However,3D print requires 3D model construction often need expensive equipment such as a laser scanner, the high cost and complex operation impede the development of 3D printing hinders the development of the technology. However, the cheap KINECT camera can be very good to meet the requirement of 3D model of low precision 3Dprint. But multiple Kinect cameras need to be calibrated and registered to acquire the depth information. This paper research the registration problem and realize the calibration and calibration of three Kinects. Use the checkerboard calibration method and MATLAB toolbox to achieve the KINECT camera's internal and external parameters. Handle the collected data by using the calculated registration matrix and reduce the noise of the original data. The development of 3D printing technology can be strongly promoted by using Kinect camera for 3D model reconstruction. The results show that, this method can effectively realize the calibration and registration work of Kinect and reduce the noise of the data.
Keywords Kinect Calibration Registration
目次
1引言1
1.1研究背景与意义1
1.2国内外研究现状1
1.3主要研究内容.3
1.4本文结构安排3
2Kinect相关信息及开发环境5
2.1Kinect摄像机5
2.2开发环境5
2.3本章小结6
3基于多Kinect的数据采集.8
3.1系统流程8
3.2搭建软硬件平台8
3.3参数标定.10
3.4计算配准.13
3.5数据降噪.14
3.6本章小结.15
4实验结果.17
结论.22
1本文的工作与成果.22
2本文工作的局限性及展望.22
致谢.23
参考文献.24
1 引言
1.1 研究背景与意义 3D 打印这个想法最初是起源于 19 世纪末的美国，在 20 世纪 80 年代才得到了巨大的发展。通过 3D 打印机能够打印出各种各样人们需要的模型，只要能够给打印机三文模型的数据，就可以打出相应的物品。随着 3D打印技术的发展，3D打印技术愈发成熟并被广泛运用于各个领域，在医疗，制造，建筑等行业都发挥着巨大的作用。随着新材料的研发，3D打印可以直接打印出骨骼或者人体器官供病人使用，还可以直接打印建筑业，制造业所需要的零件。使用高强度的材料可以直接打印汽车甚至是战斗机零件以供使用。然而 3D 打印需要在3D打印机中输入三文模型的点云数据才能够实现 3D打印。三文模型的重建需要先通过仪器对要打印的物体进行扫描，得到物体的表面深度和颜色信息然后进行滤波处理，去除噪声等后期工作才能用于打印。一些扫描精度较高的设备成本非常昂贵，比如激光扫描仪，CT，超声波扫描等，这些设备虽然精度高，制作出的 3D模型和原件相似度很高，符合高精尖科技领域的要求，但是对于普通民众来说成本过于高昂，而且想要熟练地操作这些设备需要经过长时间的培训，而且通过这些方法进行的三文模型重建制作周期长，耗时耗力，不适合于民用的 3D打印。为了能使3D打印机得到普及和更大的发展，使 3D打印走进家家户户，必须研究使用一种廉价的设备和快速，便捷易操作的方法来构建三文模型。 Kincet 摄像机的出现使得以上的想法成为了可能[1]。这个最初用于 XBOX 的体感周边外设以 30 帧的速率捕捉 640*480 分辨率的深度和颜色数据，所以通过 Kincet 摄像机我们可以很好的获取比较精确的深度数据和色彩数据进行三文模型的重建。但是这项技术还在发展之中，在实现三文模型重建的过程中还有很多难点。其中 Kinect 摄像机的标定和配准工作就是一个难点。当我们利用多台 Kincet 摄像机同时采集深度数据的时候，我们需要把他们的坐标统一到同一世界坐标系下，这样在后续的三文模型重建上才能将不同的 Kincet 摄像机捕捉到的数据很好地结合起来，并进行后续的滤波，平滑处理，从而得到符合要求的三文模型。 要实现多台Kincet 摄像机的世界坐标系的统一，我们需要对这些 Kincet 摄像机进行标定[2]和配准工作，经过标定配准后，我们就能将摆放在不同位置的 Kincet 摄像机的数据通过矩阵转换后拼合到一起进行三文模型重建工作。实现快速高效的标定和配准工作可以大大加快三文模型重建的速度和准确性
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