足部三維重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、因為當(dāng)今社會快速的發(fā)展節(jié)奏，人們忽略了對足部的保養(yǎng)，為了滿足人們的足部矯正和個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)展的光電和計算機相關(guān)技術(shù)，設(shè)計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)和計算機技術(shù)，結(jié)合雙目立體視覺原理，展開了對足部三維重

2、構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的研究，在足部測量系統(tǒng)中針對雙目攝像機的標定、足部的圖像獲取、相位解包裹、點云拼接等足部三維重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究。在現(xiàn)有的足部三維重構(gòu)技術(shù)上進行創(chuàng)新和改進，提出了簡單高效的基于視頻的攝像機標定方法和點云拼接中采用的可糾錯編碼點的算法，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)攝像機和投影儀的基礎(chǔ)知識和相關(guān)原理，選擇

3、了兩個高性能的攝像機和高精度的投影儀，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標定模板，提出了一種基于視頻的攝像機標定方法，這種改進方法是在張正友提出的攝像機標定方法的基礎(chǔ)上進行研究的。改進的攝像機標定方法采用了模板匹配算法，使用VC6.0編程實現(xiàn)了改進的標定方法，可以得到左右相機的內(nèi)外參數(shù)，這種基于視頻的攝像機標定方法簡單可行，可以實現(xiàn)對雙目相機的低成本、高精度標定。
　　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，本文運用相關(guān)的方法對發(fā)生變形的條紋圖求取其連續(xù)的相位，進而恢復(fù)足部模型的三維形貌。在這個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相位。莫爾條紋的解包裹過程首先投影合適頻率的兩個正弦條紋于足部模型上，這兩個條紋相加（或相減）形成莫爾條紋，使整個足部模型視場在1級莫爾條紋內(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相位。
　　4．在光柵投影于足部模型的過程中由雙目相機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相機圖像的真實相位，運用空間同一點在左右相機圖像中的相位相等的方法找到左右相機獲取的圖片對應(yīng)的匹配點，然后根據(jù)攝像機的標定參數(shù)和所有的匹配點恢復(fù)足部的三維形貌，采用雙目立體視覺系統(tǒng)大大提高了圖片對應(yīng)點的匹配精度。
　　5．在現(xiàn)有的基于特征點的點云拼接的方法上進行了深入研究，