基于Kinect的三维彩色人体表面重建技术的研究

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随着计算机视觉理论和计算机硬件技术的发展和近年来3D打印技术的不断改进所带来的图像深度采集新型摄像技术,一度使三维重建成为当前研究的热点问题,越来越多的专家学者开始投身到深度摄像机的研究工作中。深度摄像机采用红外成像技术,在获取彩色视频流的同时还能及时输出物理空间中物体到摄像机的距离也就是深度信息。同时,深度摄像机在成本方面价格低廉,体积小便于携带,操作简便等特点,这些特点是传统的三维重建设备所不具有的。目前关于深度摄像机的研究有三维重建、物体识别、智能导航、人机交互、图像处理以及增强现实等。本文致力于研究三维彩色人体表面重建技术的研究,使用深度摄像机扫描人体,快速重建带有颜色纹理信息的三维人体模型。本文采用的是微软深度摄像设备Kinect,其具有快捷、便利、低成本的特点,一直是近年来三维重建领域备受关注的焦点。通过集成了彩色摄像机和红外传感器的Kinect手持式扫描设备从不同角度扫描人体表面来获取静态人体的三维图像(包括人体表面深度信息和彩色纹理信息)。相比现有的人体全身扫描系统,本系统具有轻便、便携、易操作等特性,能轻松、快速扫描三维物体或人体表面,不需要事先安装和标定,而且移动自如,不受扫描方向及狭窄空间的局限。突破了以往的人体扫描设备安装困难、准备工作费时费力、不易移动的限制。而且用户无需掌握任何特殊技能就能熟练操作。本文创新和主要贡献有:1、提出了一套完整的基于Kinect的三维彩色人体表面重建系统。该系统使用的是一种新的低成本、高性能、快速精确的3D人体扫描方法,具有安全、轻便、可移动的特性,突破了以往的人体三维扫描方法价格昂贵、安装困难、使用费时、不能移动的局限性,使得大批量精确地进行人体三维扫描成为了可能。2、解决了三维彩色信息失真问题的校准。由于二维彩色信息到三维深度信息叠加过程中会产生单帧三维点云边缘出现白色噪声,通过将图像RGB信息通过边缘查找方法找到物体边缘同时放大边缘阈值直接提取很小范围内容的兴趣RGB信息参与叠加,从而解决彩色信息失真的情况。3、重建的三维人体模型精确度高,通过实验验证了本文的结果精度。由于人为扫描过程中会使某些区域无法扫描得到,比如头顶或者腋下,故这些区域无法获得空间信息而形成空洞,这个时候需要通过空洞修补技术来完成模型的优化,从而提高了模型的精确度。4、通过提供对三维人体模型的任意放大、缩小、旋转、对比调整等处理,便于从多角度、多层次和多方位进行观察和分析,弥补成像设备在成像上的不足,为进一步的临床诊断与治疗提供可靠的基础数据。
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