三維物體跟蹤方法研究.pdf

1、三維物體跟蹤在工業(yè)自動化、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實中有著重要應(yīng)用。本文從剛體三維實時跟蹤和三維手勢實時跟蹤兩個角度，分別進行了研究。
　　汽車流水線上零件的識別和跟蹤是本文剛體三維實時跟蹤的應(yīng)用場景。這個過程被分成了兩個階段:識別和實時跟蹤。核心問題都是如何找到點的對應(yīng)。在識別階段，參考物和目標物分別位于不同的坐標系中，對每個關(guān)鍵點計算一個局部描述符，提取其局部的幾何特征并作編碼，將在三維空間中尋求點對應(yīng)的問題轉(zhuǎn)化為在特征空間中尋找最近

2、鄰的問題。在跟蹤階段，目標物和參考物坐標系的變換已知，對于新的一幀，將采集的點云數(shù)據(jù)與前一幀的參考物做對齊，獲取變換，然后根據(jù)變換更新前一幀參考物的位置和朝向。為確保跟蹤精度，計算稠密點云的對齊，采用類似迭代最近鄰的方法，通過空間中點的“臨近”來解決點的對應(yīng)問題。采用投影操作將對“臨近”的搜索從三維降到二維，減小計算復(fù)雜度，并發(fā)掘算法的并行性，用GPU并行計算加速。
　　三維手勢實時跟蹤的應(yīng)用場景是人機交互，其目的是利用傳感器獲取

3、的人手的幾何信息，估計并恢復(fù)出人手的姿態(tài)。該系統(tǒng)可以被分為兩個部分:(1)基于前向運動學(xué)的三維人手動畫引擎，(2)手勢跟蹤模塊。
　　第一部分通過對人手模型的運動學(xué)建模，設(shè)計了基于前向運動學(xué)的人手模型。采用多個球體近似人手，將點與表面的對應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為點和模型球心的對應(yīng)問題，以降低計算復(fù)雜度。
　　第二部分通過優(yōu)化一個精心設(shè)計的能量方程，解決模型與采集數(shù)據(jù)的擬合問題。討論粒子群和Articulated ICP算法在搜索最優(yōu)解上