本文關(guān)鍵詞：基于結(jié)構(gòu)光的三維感知系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題研究

  更多相關(guān)文章： 三維感知 結(jié)構(gòu)光 條紋分析 相位解纏繞 立體視覺(jué)

【摘要】：三維感知技術(shù)是人類感知外界環(huán)境能力的重要延伸,經(jīng)過(guò)研究人員的不斷努力,一些現(xiàn)有的三維感知技術(shù)已經(jīng)可以滿足人們某些實(shí)際需求,但是,這些技術(shù)在某些方面還存在一些不足,限制了三維感知技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。本文針對(duì)基于結(jié)構(gòu)光的三維感知系統(tǒng)中存在的一些關(guān)鍵問(wèn)題,包括單幀三維感知的點(diǎn)云密度問(wèn)題、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的高精度三維感知問(wèn)題以及高精度三維感知系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化問(wèn)題,進(jìn)行了深入研究,并給出了相應(yīng)的解決方案。一、針對(duì)單幀三維感知技術(shù)的點(diǎn)云密度問(wèn)題,本文提出了立體條紋分析法。該方法結(jié)合了兩種傳統(tǒng)的三維感知技術(shù),即傅立葉條紋分析法和立體視覺(jué)的優(yōu)點(diǎn),其中,傅立葉條紋分析法提供了高點(diǎn)云密度和精度的相位測(cè)量,而立體視覺(jué)技術(shù)被用來(lái)解決由于條紋的周期性造成的相位模糊問(wèn)題。在立體匹配中,通過(guò)灰度圖像和相位圖像相結(jié)合,設(shè)計(jì)了可靠性更高的聯(lián)合解纏繞算法,以逐像素、稀疏匹配的方式,實(shí)現(xiàn)了高效的相位解纏繞,得到了絕對(duì)深度圖。最終,基于上述方法,實(shí)現(xiàn)了單幀高點(diǎn)云密度的三維感知系統(tǒng),并通過(guò)真實(shí)場(chǎng)景的三維感知實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所提出算法的有效性。由于單幀深度計(jì)算和低復(fù)雜度等特性,立體條紋分析法非常適合于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的高點(diǎn)云密度的三維感知應(yīng)用。二、針對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的高精度三維感知問(wèn)題,基于三幀相移條紋分析法,結(jié)合單幀的傅立葉條紋分析法的特點(diǎn),提出了傅立葉輔助相移法,以增加運(yùn)動(dòng)估計(jì)的方式,重構(gòu)了三幀相移法的模型,使其適應(yīng)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景。通過(guò)一系列精度分析,證明了本方法的有效性,并針對(duì)如何提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)設(shè)計(jì)了優(yōu)化方案。最終,基于傅立葉輔助相移法,設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)三維感知系統(tǒng),并對(duì)不同運(yùn)動(dòng)形式的目標(biāo)進(jìn)行了三維重構(gòu)。通過(guò)定量及定性的分析,證明了對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo),該算法已經(jīng)達(dá)到了已知的最佳方法的測(cè)量精度,而對(duì)于變速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo),測(cè)量精度已經(jīng)超越了已知的最佳方法。三、針對(duì)高精度三維感知系統(tǒng)的實(shí)時(shí)化問(wèn)題,在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的高精度三維感知研究工作的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了高效的并行空間相位解纏繞算法,在不增加額外幀數(shù),從而不影響運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性的前提下,以在投影的正弦條紋圖中嵌入稀疏標(biāo)記點(diǎn)的方式,實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo),復(fù)雜表面的并行化快速相位解纏繞。進(jìn)一步地,結(jié)合傅立葉輔助相移法和并行空間相位解纏繞算法,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高精度實(shí)時(shí)三維感知系統(tǒng),并利用GPU加速技術(shù),達(dá)到了每秒30幀的高速深度計(jì)算。通過(guò)對(duì)同時(shí)包含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和靜止目標(biāo)的復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)三維重構(gòu)實(shí)驗(yàn),證明了實(shí)時(shí)三維重構(gòu)系統(tǒng)的高精度和高可靠性。
【關(guān)鍵詞】：三維感知 結(jié)構(gòu)光 條紋分析 相位解纏繞 立體視覺(jué)
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 緒論14-37
• 1.1 三維感知技術(shù)概述14-20
• 1.1.1 三維感知的定義14-15
• 1.1.2 三維感知的基本分類15-16
• 1.1.3 主流三維感知技術(shù)及應(yīng)用16-20
• 1.2 結(jié)構(gòu)光技術(shù)概述20-27
• 1.2.1 空間編碼結(jié)構(gòu)光20-22
• 1.2.2 時(shí)間編碼結(jié)構(gòu)光22-24
• 1.2.3 連續(xù)編碼結(jié)構(gòu)光24-25
• 1.2.4 混合編碼結(jié)構(gòu)光25-26
• 1.2.5 結(jié)構(gòu)光技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題26-27
• 1.3 條紋分析技術(shù)概述27-35
• 1.3.1 相位提取技術(shù)27-31
• 1.3.2 相位解纏繞技術(shù)31-33
• 1.3.3 深度計(jì)算33-34
• 1.3.4 核心研究目標(biāo)34-35
• 1.4 論文選題來(lái)源及意義35
• 1.5 論文的研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)35-37
• 第2章 基于立體條紋分析的密集型單幀三維感知37-62
• 2.1 引言37-40
• 2.2 傅立葉條紋分析法原理及問(wèn)題分析40-50
• 2.2.1 傅立葉相位提取40-43
• 2.2.2 相位解纏繞43-45
• 2.2.3 深度計(jì)算45-47
• 2.2.4 精度分析47-50
• 2.3 立體條紋分析算法50-57
• 2.3.1 基本原理50-53
• 2.3.2 立體解纏繞53-54
• 2.3.3 聯(lián)合立體解纏繞算法54-57
• 2.4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)57-58
• 2.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成57
• 2.4.2 參數(shù)設(shè)置57-58
• 2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析58-61
• 2.5.1 立體條紋分析與立體視覺(jué)對(duì)比58-60
• 2.5.2 立體條紋分析與Kinect對(duì)比60
• 2.5.3 立體條紋分析與三幀相移法對(duì)比60-61
• 2.6 小結(jié)61-62
• 第3章 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的高精度三維感知62-88
• 3.1 引言62-63
• 3.2 相關(guān)工作63-65
• 3.2.1 高速硬件64
• 3.2.2 頻率/顏色復(fù)用64-65
• 3.2.3 自適應(yīng)的混合圖案65
• 3.3 相移法原理及性能分析65-73
• 3.3.1 三幀相移法原理65-66
• 3.3.2 多幀相移法原理66-67
• 3.3.3 精度分析67-71
• 3.3.4 運(yùn)動(dòng)適應(yīng)性問(wèn)題分析71-73
• 3.4 傅立葉輔助相移法73-78
• 3.4.1 與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的三幀相移法模型73-74
• 3.4.2 相移估計(jì)74
• 3.4.3 精度分析74-76
• 3.4.4 相移圖的優(yōu)化76-78
• 3.5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)78-80
• 3.5.1 系統(tǒng)構(gòu)成78-80
• 3.5.2 參數(shù)設(shè)置80
• 3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析80-87
• 3.6.1 定量評(píng)估81-83
• 3.6.2 定性評(píng)估83-87
• 3.7 小結(jié)87-88
• 第4章 實(shí)時(shí)高精度三維感知系統(tǒng)88-110
• 4.1 引言88-89
• 4.2 相關(guān)工作89-90
• 4.3 傳統(tǒng)空間解纏繞算法分析90-92
• 4.4 并行空間解纏繞92-98
• 4.4.1 標(biāo)記點(diǎn)設(shè)計(jì)92-93
• 4.4.2 標(biāo)記點(diǎn)檢測(cè)93-95
• 4.4.3 標(biāo)記點(diǎn)移除95-97
• 4.4.4 基于多標(biāo)記點(diǎn)的并行解纏繞97-98
• 4.5 實(shí)時(shí)高精度三維重構(gòu)系統(tǒng)98-102
• 4.5.1 系統(tǒng)構(gòu)成98-101
• 4.5.2 參數(shù)設(shè)置101-102
• 4.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析102-108
• 4.6.1 解纏繞性能分析102-105
• 4.6.2 復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)三維重構(gòu)105-108
• 4.7 小結(jié)108-110
• 第5章 結(jié)論110-112
• 參考文獻(xiàn)112-121
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單121-122
• 致謝122-123
• 作者簡(jiǎn)介123

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張國(guó)雄;三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)[J];中國(guó)機(jī)械工程;2000年Z1期

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本文編號(hào)：622831