借助于深度相机的三维点云重建与对应点的毫米波行人运动参数估计

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近年来,国内外反恐形势日趋严峻,安检问题成为各国社会普遍关注的问题。采用毫米波安检成像称为当前研究的热点问题。在安检时,采用主动式毫米波成像快速安检,能够在毫无察觉的情况下,对行人进行快速安检,可以适用在机场,地铁,火车站等多种场合,提高安检效率和质量。需要注意的是:毫米波是频率范围在30GHz-300GHz的微波,波长范围为1mm-10mm;因其波长短,行人的很小位置移动将引起回波相位的较大变化致使成像质量严重下降。在毫无察觉的情况下对行人进行毫米波安检成像,在国内外的研究中目前没有成功的案例。由于在成像过程中,行人在走动,基于对静止人体成像时,会导致安检图像存在模糊的问题。为了解决这个问题,我们首先对人体进行三维重建,利用重建好的行人运动模型来对行人进行运动参数估计,用来补偿模糊的图像,使安检图像更为清晰。论文主要工作如下:(1)提出了一种基于点对的多相机外部参数标定的三维重建算法。该算法是采用6台相机,通过两两相机对标定板进行拍摄,在两相机的公共区域选择25对公共点对,根据坐标系1中的公共点经过旋转平移变换之后与坐标系2中的公共点的欧式距离之和最小建立数学模型,利用数学优化算法对数学模型进行求解,求解得到旋转矩阵,再利用空间几何中质心的平移变换关系,求出两台相机坐标系在空间位置中的平移向量。同理,得到6台相机之间的空间位置变换关系,得到完整的人体重建结果。(2)提出了一种基于拟合平面的多相机外部参数标定的三维重建算法。让深度相机拍摄光学标定板,在两两相机的公共视场区域中选择若干个点,在两个相机坐标系中分别拟合出标定板在空间中的位置,根据坐标系1中拟合得到的标定板平面经过旋转平移变换之后与坐标系2中拟合平面的距离最短建立数学模型,并对建立的数学优化问题进行求解,得到平面标准方程的系数,再利用空间几何的旋转平移关系建立优化方程,得到空间中两个不同坐标系之间的旋转变换矩阵和平移变换向量。通过同样的方法,得到了六台相机之间的定位关系,从而得到完整的人体重建结果。该算法与基于点对的多相机标定的三维重建算法相比,主要是在两相机坐标系的公共区域对应点选取及处理方式的不同。基于点对的三维重建算法,是利用公共点对之间的对应关系来实现相机之间的外参标定的;而基于拟合平面的三维重建算法是在两相机视场的公共区域中选择若干个点,进而拟合出标定板在空间中的位置,这样做削弱了对应点手动选择过程中的误差对旋转平移参数计算的影响。(3)采用了6台Azure Kinect DK传感器相机搭建点云数据采集系统。该系统中,采用的Azure Kinect DK相机具有5种深度拍摄模式和6种彩色拍照模式。整个系统中6台相机均匀摆放在地面上的一个圆上,同时要求6台相机处于同一水平面上,且镜头光轴的延长线交于一点,每台相机要水平放置。最后在行人运动参数估计方面提供了三种思路方法,分别是人体分块运动参数估计、基于骨架的行人运动参数估计和基于非刚性形变的运动参数估计,来实现对人体的运动参数(旋转平移参数,关节点的平均速度等)估计。
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