本文關(guān)鍵詞：低成本深度攝像機(jī)三維掃描平臺的設(shè)計(jì)與研究

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【摘要】：三維掃描系統(tǒng)是一種利用光學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對被測物體進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集并重建其三維模型的新型測量方法,它能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)對象三維模型的快速建立。與傳統(tǒng)建模方式相比,三維掃描速度更快,使用更方便。針對國內(nèi)外同類產(chǎn)品成本高,自動化程度低,操作難度大的現(xiàn)狀,結(jié)合企業(yè)實(shí)際需要,利用低成本深度攝像機(jī)及配套機(jī)電設(shè)備,搭建了自動化三維掃描實(shí)驗(yàn)平臺并完成了三維掃描軟件產(chǎn)品原型的開發(fā)。首先,分析了國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題。通過劃分用戶角色,對產(chǎn)品進(jìn)行了詳細(xì)的需求分析,提出了系統(tǒng)軟硬件總體設(shè)計(jì)方案。其次,基于PCL構(gòu)建了完整的三維掃描流水線。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集模塊、圖像處理模塊、點(diǎn)云的配準(zhǔn)和融合模塊以及曲面重建模塊。將數(shù)據(jù)重放技術(shù)引入數(shù)據(jù)采集模塊,擴(kuò)展了數(shù)據(jù)輸入方式。提出基于數(shù)據(jù)重放技術(shù)的模型細(xì)節(jié)優(yōu)化方法則是本文的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。再次,基于Qt框架開發(fā)了三維掃描軟件的用戶界面和完整功能�；谲浖謱釉O(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)了軟件的數(shù)據(jù)交換層,實(shí)現(xiàn)了軟件的解耦合和模塊化。開發(fā)了下位機(jī)通信模塊�；贠penGL為三維重建過程中產(chǎn)生的多種數(shù)據(jù)類型開發(fā)了相應(yīng)的可視化模塊和編輯功能。最后,對掃描工作臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)和裝配,開發(fā)了下位機(jī)控制系統(tǒng)和基于Android的手持控制器,極大地提高了三維掃描的自動化程度�；谝陨宪浻布䲢l件,對系統(tǒng)進(jìn)行了完整的功能測試并通過掃描案例展示了系統(tǒng)的使用效果。實(shí)驗(yàn)表明,系統(tǒng)軟硬件功能完備,運(yùn)行穩(wěn)定,能夠達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：三維重建 三維可視化 圖像處理 系統(tǒng)集成
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN948.41;TP311.52
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題背景與研究意義10-11
• 1.2 三維掃描技術(shù)簡介11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 深度相機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 基于Kinect的三維重建技術(shù)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 民用三維掃描軟件發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)16-18
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容16
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)16-18
• 第二章 系統(tǒng)需求分析及軟硬件總體設(shè)計(jì)18-26
• 2.1 用戶需求分析18-19
• 2.1.1 普通用戶的需求分析19
• 2.1.2 開發(fā)人員用戶需求分析19
• 2.2 功能需求分析19-20
• 2.2.1 軟件功能需求分析19-20
• 2.2.2 工作臺功能需求分析20
• 2.3 三維掃描軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)20-23
• 2.3.1 軟件運(yùn)行平臺及開發(fā)工具20-21
• 2.3.2 第三方開源類庫簡介21-22
• 2.3.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)22-23
• 2.4 工作臺控制系統(tǒng)硬件平臺23-24
• 2.4.1 Arduino控制模塊23-24
• 2.4.2 電機(jī)驅(qū)動模塊24
• 2.4.3 轉(zhuǎn)盤控制模塊24
• 2.4.4 人機(jī)交互模塊24
• 2.5 本章小結(jié)24-26
• 第三章 三維重建流水線的構(gòu)建26-44
• 3.1 基于OpenNI的深度數(shù)據(jù)采集26-29
• 3.1.1 Kinect設(shè)備及其成像原理26-27
• 3.1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊27-29
• 3.2 深度數(shù)據(jù)圖像處理29-32
• 3.2.1 圖像預(yù)處理算法及其GPU實(shí)現(xiàn)29-31
• 3.2.2 點(diǎn)云與法線計(jì)算31-32
• 3.3 點(diǎn)云融合及后處理32-34
• 3.3.1 點(diǎn)云配準(zhǔn)及融合算法32-33
• 3.3.2 離群點(diǎn)集移除33-34
• 3.4 點(diǎn)云曲面重建34-39
• 3.4.1 移動立方體算法原理34-35
• 3.4.2 基于GPU的移動立方體重建35-39
• 3.5 基于關(guān)鍵幀重放的細(xì)節(jié)優(yōu)化方法39-43
• 3.5.1 數(shù)據(jù)重放模塊39-41
• 3.5.2 模型優(yōu)化方法及結(jié)果對比41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 三維掃描系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)44-60
• 4.1 界面與主控制程序設(shè)計(jì)44-48
• 4.1.1 Qt框架概述44-45
• 4.1.2 軟件界面布局設(shè)計(jì)45-46
• 4.1.3 主界面業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)46-48
• 4.2 數(shù)據(jù)交互模塊48-51
• 4.2.1 資源管理與智能指針技術(shù)48
• 4.2.2 數(shù)據(jù)交互接口對象48-50
• 4.2.3 上位機(jī)軟件數(shù)據(jù)交互流程50-51
• 4.3 基于OpenGL的可視化模塊51-56
• 4.3.1 2D圖像可視化模塊51-53
• 4.3.2 曲面可視化模塊53-54
• 4.3.3 點(diǎn)云可視化模塊54-55
• 4.3.4 基于可視化的點(diǎn)云編輯及噪聲剔除55-56
• 4.4 下位機(jī)通信模塊及控制面板56-59
• 4.4.1 串口通信模塊56-57
• 4.4.2 腳本管理模塊57-58
• 4.4.3 運(yùn)動控制模塊58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 第五章 三維掃描工作臺整機(jī)設(shè)計(jì)60-68
• 5.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)60-61
• 5.2 步進(jìn)電機(jī)與細(xì)分技術(shù)61-62
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)62-65
• 5.3.1 軟件執(zhí)行流程62-63
• 5.3.2 腳本解析63-64
• 5.3.3 任務(wù)隊(duì)列64-65
• 5.4 基于Android的移動端控制器設(shè)計(jì)65-67
• 5.4.1 移動端人機(jī)界面設(shè)計(jì)65-66
• 5.4.2 軟件功能實(shí)現(xiàn)66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 系統(tǒng)調(diào)試及掃描試驗(yàn)68-76
• 6.1 工作臺功能測試68-70
• 6.1.1 點(diǎn)動模式測試68-69
• 6.1.2 編程模式測試69-70
• 6.2 軟件功能測試及掃描實(shí)驗(yàn)70-74
• 6.2.1 軟件功能測試70-72
• 6.2.2 掃描案例展示與分析72-74
• 6.3 軟件性能分析74-75
• 6.4 本章小結(jié)75-76
• 第七章 總結(jié)與展望76-78
• 7.1 總結(jié)76
• 7.2 展望76-78
• 致謝78-80
• 參考文獻(xiàn)80-82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1028456