足部三維重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、因?yàn)楫?dāng)今社會(huì)快速的發(fā)展節(jié)奏，人們忽略了對(duì)足部的保養(yǎng)，為了滿足人們的足部矯正和個(gè)性化鞋楦制作的需求，需要獲取如足弓、足長、左右腳踝的高度和腳的輪廓等足部的三維參數(shù)，因此對(duì)足部三維重構(gòu)的技術(shù)開展相關(guān)研究，無論是在“量腳制鞋”方面還是醫(yī)學(xué)的畸形足矯正方面都有很重要的意義。利用現(xiàn)在高速發(fā)展的光電和計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)簡單高效的足部測量系統(tǒng)是學(xué)者主要研究的課題之一。
　　本文應(yīng)用光電技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合雙目立體視覺原理，展開了對(duì)足部三維重

2、構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究，在足部測量系統(tǒng)中針對(duì)雙目攝像機(jī)的標(biāo)定、足部的圖像獲取、相位解包裹、點(diǎn)云拼接等足部三維重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究。在現(xiàn)有的足部三維重構(gòu)技術(shù)上進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，提出了簡單高效的基于視頻的攝像機(jī)標(biāo)定方法和點(diǎn)云拼接中采用的可糾錯(cuò)編碼點(diǎn)的算法，目的是提高足部三維重構(gòu)的精度和速度。本文主要工作如下：
　　1．由于雙目立體視覺的簡單實(shí)用性以及在足部三維重構(gòu)的過程中應(yīng)用了光柵投影，通過學(xué)習(xí)攝像機(jī)和投影儀的基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)原理，選擇

3、了兩個(gè)高性能的攝像機(jī)和高精度的投影儀，最終組建了基于雙目立體視覺的足部測量系統(tǒng)。
　　2．制作了高精度的黑白棋格相機(jī)標(biāo)定模板，提出了一種基于視頻的攝像機(jī)標(biāo)定方法，這種改進(jìn)方法是在張正友提出的攝像機(jī)標(biāo)定方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究的。改進(jìn)的攝像機(jī)標(biāo)定方法采用了模板匹配算法，使用VC6.0編程實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的標(biāo)定方法，可以得到左右相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)，這種基于視頻的攝像機(jī)標(biāo)定方法簡單可行，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙目相機(jī)的低成本、高精度標(biāo)定。
　　3．足部測量

4、系統(tǒng)利用高性能的投影儀投影正弦光柵條紋于足部模型上，投影的光柵條紋遇到足部模型發(fā)生變形，本文運(yùn)用相關(guān)的方法對(duì)發(fā)生變形的條紋圖求取其連續(xù)的相位，進(jìn)而恢復(fù)足部模型的三維形貌。在這個(gè)過程中涉及了相位解包裹，本文采用“四步相移方法”求出相位主值，然后采用莫爾條紋相位解包裹方法求出變形條紋圖像的真實(shí)相位。莫爾條紋的解包裹過程首先投影合適頻率的兩個(gè)正弦條紋于足部模型上，這兩個(gè)條紋相加（或相減）形成莫爾條紋，使整個(gè)足部模型視場在1級(jí)莫爾條紋內(nèi)，然后只

5、要應(yīng)用簡單的公式就可以求解出變形條紋圖像的真實(shí)相位。
　　4．在光柵投影于足部模型的過程中由雙目相機(jī)分別獲取變形條紋圖像，通過第3步介紹的方法分別得到兩個(gè)相機(jī)圖像的真實(shí)相位，運(yùn)用空間同一點(diǎn)在左右相機(jī)圖像中的相位相等的方法找到左右相機(jī)獲取的圖片對(duì)應(yīng)的匹配點(diǎn)，然后根據(jù)攝像機(jī)的標(biāo)定參數(shù)和所有的匹配點(diǎn)恢復(fù)足部的三維形貌，采用雙目立體視覺系統(tǒng)大大提高了圖片對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配精度。
　　5．在現(xiàn)有的基于特征點(diǎn)的點(diǎn)云拼接的方法上進(jìn)行了深入研究，