基于單攝像頭的三維掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、三維掃描技術(shù)在近幾年來(lái)逐漸從工業(yè)設(shè)計(jì)、生物醫(yī)藥、數(shù)字文物典藏等領(lǐng)域走入日常生活中，利用簡(jiǎn)單設(shè)備獲取較高質(zhì)量三維模型的三維掃描系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一種基于單攝像頭的運(yùn)行于普通計(jì)算機(jī)上的三維掃描系統(tǒng)。該系統(tǒng)在光照充足的平面上使用單一攝像頭采集被掃描物體不同角度的視頻幀，并通過(guò)設(shè)計(jì)特殊定位底盤(pán)輔助攝像頭標(biāo)定，使用基于可視外殼的方法獲取物體三維點(diǎn)云，最后通過(guò)貪婪投影算法重建出物體的三維網(wǎng)格模型。本文主要工作包括:
　　1)采用一

2、張打印有特殊圖標(biāo)的A4紙作為定位底盤(pán)，通過(guò)使用Aforge.net框架對(duì)定位底盤(pán)上的光學(xué)圖標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和姿態(tài)估計(jì)來(lái)完成對(duì)攝像頭的標(biāo)定和關(guān)鍵視頻幀的選擇，通過(guò)在計(jì)算機(jī)屏幕中的定位底盤(pán)上繪制虛擬立方體給用戶(hù)提供視覺(jué)提示，得到的被掃描物體多視角關(guān)鍵視頻幀和攝像機(jī)標(biāo)定參數(shù)，為三維點(diǎn)云的獲取提供了輸入。
　　2)分析和研究了多種可視外殼獲取算法和背景減除算法，提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)生成物體三維點(diǎn)云的迭代算法。該算法使用高斯混合模型(GMM)分離前景

3、和背景，得到被掃描物體的GMM輪廓圖片;然后使用簡(jiǎn)化的空間雕刻算法利用GMM輪廓圖片對(duì)一個(gè)立方體體元集合進(jìn)行空間雕刻，獲取物體的三維點(diǎn)云;再將三維點(diǎn)云投影到虛擬針孔相機(jī)，得到投影輪廓圖片更新高斯混合模型;如此不斷迭代，逐漸提高得到的三維點(diǎn)云的準(zhǔn)確度。獲取的三維點(diǎn)云為三維重建模塊提供了輸入。
　　3)分析和研究了多種點(diǎn)云降噪算法和三維網(wǎng)格重建算法，提出通過(guò)計(jì)算點(diǎn)云中單個(gè)點(diǎn)到N個(gè)最近鄰點(diǎn)平均距離的統(tǒng)計(jì)分布來(lái)確認(rèn)噪聲點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)三維點(diǎn)