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摘要目前三文扫描技术软硬件设施正处于快速发展阶段，其相关的三文点云数据的处理技术逐渐越来越受关注的研究热点。三文扫描仪的扫描速度与采样精度的进步，使其扫描获得的数据呈几何倍数上升，导致后期噪声处理、多视角拼接、表面重建等问题对硬件设施的要求越来越高。 本文主要研究基于多 Kinect的物体三文点云数据重建技术，从而实现方便、快捷、廉价的三文模型获取。首先对三台 Kinect摄像头获取的图像深度数据进行背景移除、双边滤波降噪等平滑处理；然后对转换好的三文点云进行数据拼接和三角化；最后对三文网格进行表面优化，实现三文模型的重建。本课题的研究为 3D打印提供了一种方便、快捷的模型数据获取手段，有助于三文扫描技术的普及和发展。 32331
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毕业论文关键词 Kinect、三文扫描、点云数据、三角化、模型重建、3D打印
Title Reconstruction of 3D Object Point Cloud Data Based on Multiple Kinects
Abstract Recently the hardware and software facilities of three-dimensional scanning technology are in the stage of rapid development, the reconstruction of 3D point cloud data technology gradually become increasingly a hot topic. Since the rapid development of the scanning speed and sampling accuracy, the extensive growth in the amount of the acquired point data results in new pressures and challenges for the subsequent noise reduction processing, multi-angle mosaic, surface reconstruction of object and other issues. In this thesis, a simple, cheap and fast 3D point cloud reconstruction system which includes depth data noise reduction, point cloud coordinate registration and object surface reconstruction which is based on multiple Kinects. Firstly, the image data of three Kinect depth camera captured the background removed, smoothing bilateral filtering noise reduction; then the converted three-dimensional point cloud data registration and triangulation; Finally, the three-dimensional mesh patch holes, three-dimensional realization reconstruction model. The research for provides a convenient and efficient means of access to model data 3D printing, and it is contribute to the popularization and development 3D scanning and 3D printing technology.
Keywords Kinect, Point Clouds Registration, 3D Scanning, Surface Reconstruction
目录
1绪论...1
1.1课题研究背景及意义1
1.2国内外研究现状1
1.3本文主要工作和章节安排3
2多台Kinect深度数据预处理..5
2.1OPENCV简介...5
2.2数据采集5
2.3背景移除7
2.4双边滤波降噪7
3多Kinct三文点云处理..10
3.1OSG平台简介.10
3.2初始拼接..11
3.3基于ICP算法的点云拼接..11
4面向3D打印机的三文模型优化..13
4.1点云数据三角化..13
4.2点云格网空洞修补..15
4.3三文模型表面重建..17
5实现成果与分析.20
结论24
1总结24
2展望24
致谢25
参考文献..26
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义 随着当今数字化技术水平的飞速发展，人们的生活方式和制造业生产流程出现了巨大变化。由于各种三文扫描设备的普及，三文数字化技术也渗入了生产生活中的多种领域，如医药工业的器械生产、航天制造中的零部件生产、军事中地形模拟乃至日常生活中的立体电影、电子游戏场景等娱乐设备。 如今三文激光扫描设备不仅在精度、扫描速度和平民化方面得到有了巨大突破[1]，人们对于扫描对象数据采集速度和三文模型精度要求也在逐渐提高，因此三文点云数据的处理问题也逐渐成为了研究关注的重心和难点。对于传统的三文扫描设备，例如三文激光扫描仪，虽然能获得精确的物体三文信息，但是由于它昂贵的价格和复杂的操作，一般人很难利用它来进行人体三文重构。而近年来兴起的深度相机[2]引起了的关注量也在逐年上升，相比传统的三文扫描设备，深度相机价格低廉（例如微软的 Kinect 摄像机约 600 人民币），而且能方便、快速地获取物体表面的彩色和深度信息。 经过研究，在现实三文扫描中，因为光是通过直线传播的，所以三文激光扫描设备在固定视角下对于某些具有复杂表面或奇异形状的实物的经常会出现扫描死角[3]，此时就需要不停转换视角或多次测量才能达到完整模型数据的采集。并且由于测量时环境因素、光线亮度、物体振动、还有测量摄像头自身的精度误差，所得到的点云将存在各种噪声和空洞。上述因素的存在往往导致测量结果得到的是多块出于不同坐标系下的点云数据，并且它们数据量巨大，夹杂着大量噪声[4]。因此导致计算机的硬件存储和相关图形软件处理出现各种瓶颈，无法完全满足人们对数字化模型实时性和精确性的要求，因此加强对三文点云数据技术的研究对改善人们生产生活有着重大意义。 本文扫描设备采集到的点云数据为对象，主要研究如何基于 Kinect 实现廉价、高效的物体三文建模，为3D打印技术提供一种方便、快捷的模型数据获取和输入手段，同时尽量减少在建模中与用户的不必要交互，实现更加易用的目的。
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