本文關鍵詞：基于結構光的三維感知系統(tǒng)關鍵問題研究

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【摘要】：三維感知技術是人類感知外界環(huán)境能力的重要延伸,經(jīng)過研究人員的不斷努力,一些現(xiàn)有的三維感知技術已經(jīng)可以滿足人們某些實際需求,但是,這些技術在某些方面還存在一些不足,限制了三維感知技術的進一步應用。本文針對基于結構光的三維感知系統(tǒng)中存在的一些關鍵問題,包括單幀三維感知的點云密度問題、動態(tài)場景的高精度三維感知問題以及高精度三維感知系統(tǒng)的實時化問題,進行了深入研究,并給出了相應的解決方案。一、針對單幀三維感知技術的點云密度問題,本文提出了立體條紋分析法。該方法結合了兩種傳統(tǒng)的三維感知技術,即傅立葉條紋分析法和立體視覺的優(yōu)點,其中,傅立葉條紋分析法提供了高點云密度和精度的相位測量,而立體視覺技術被用來解決由于條紋的周期性造成的相位模糊問題。在立體匹配中,通過灰度圖像和相位圖像相結合,設計了可靠性更高的聯(lián)合解纏繞算法,以逐像素、稀疏匹配的方式,實現(xiàn)了高效的相位解纏繞,得到了絕對深度圖。最終,基于上述方法,實現(xiàn)了單幀高點云密度的三維感知系統(tǒng),并通過真實場景的三維感知實驗,驗證了所提出算法的有效性。由于單幀深度計算和低復雜度等特性,立體條紋分析法非常適合于對實時性要求較高的高點云密度的三維感知應用。二、針對動態(tài)場景的高精度三維感知問題,基于三幀相移條紋分析法,結合單幀的傅立葉條紋分析法的特點,提出了傅立葉輔助相移法,以增加運動估計的方式,重構了三幀相移法的模型,使其適應運動場景。通過一系列精度分析,證明了本方法的有效性,并針對如何提高運動估計設計了優(yōu)化方案。最終,基于傅立葉輔助相移法,設計了動態(tài)三維感知系統(tǒng),并對不同運動形式的目標進行了三維重構。通過定量及定性的分析,證明了對于勻速運動的目標,該算法已經(jīng)達到了已知的最佳方法的測量精度,而對于變速運動的目標,測量精度已經(jīng)超越了已知的最佳方法。三、針對高精度三維感知系統(tǒng)的實時化問題,在動態(tài)場景的高精度三維感知研究工作的基礎上,設計了高效的并行空間相位解纏繞算法,在不增加額外幀數(shù),從而不影響運動適應性的前提下,以在投影的正弦條紋圖中嵌入稀疏標記點的方式,實現(xiàn)了多目標,復雜表面的并行化快速相位解纏繞。進一步地,結合傅立葉輔助相移法和并行空間相位解纏繞算法,設計實現(xiàn)了高精度實時三維感知系統(tǒng),并利用GPU加速技術,達到了每秒30幀的高速深度計算。通過對同時包含運動目標和靜止目標的復雜場景的實時三維重構實驗,證明了實時三維重構系統(tǒng)的高精度和高可靠性。
【關鍵詞】：三維感知 結構光 條紋分析 相位解纏繞 立體視覺
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 主流三維感知技術及應用16-20
• 1.2 結構光技術概述20-27
• 1.2.1 空間編碼結構光20-22
• 1.2.2 時間編碼結構光22-24
• 1.2.3 連續(xù)編碼結構光24-25
• 1.2.4 混合編碼結構光25-26
• 1.2.5 結構光技術關鍵問題26-27
• 1.3 條紋分析技術概述27-35
• 1.3.1 相位提取技術27-31
• 1.3.2 相位解纏繞技術31-33
• 1.3.3 深度計算33-34
• 1.3.4 核心研究目標34-35
• 1.4 論文選題來源及意義35
• 1.5 論文的研究內(nèi)容和組織結構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)實現(xiàn)57-58
• 2.4.1 系統(tǒng)構成57
• 2.4.2 參數(shù)設置57-58
• 2.5 實驗結果與分析58-61
• 2.5.1 立體條紋分析與立體視覺對比58-60
• 2.5.2 立體條紋分析與Kinect對比60
• 2.5.3 立體條紋分析與三幀相移法對比60-61
• 2.6 小結61-62
• 第3章 動態(tài)場景的高精度三維感知62-88
• 3.1 引言62-63
• 3.2 相關工作63-65
• 3.2.1 高速硬件64
• 3.2.2 頻率/顏色復用64-65
• 3.2.3 自適應的混合圖案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 運動適應性問題分析71-73
• 3.4 傅立葉輔助相移法73-78
• 3.4.1 與運動相關的三幀相移法模型73-74
• 3.4.2 相移估計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)實現(xiàn)78-80
• 3.5.1 系統(tǒng)構成78-80
• 3.5.2 參數(shù)設置80
• 3.6 實驗結果與分析80-87
• 3.6.1 定量評估81-83
• 3.6.2 定性評估83-87
• 3.7 小結87-88
• 第4章 實時高精度三維感知系統(tǒng)88-110
• 4.1 引言88-89
• 4.2 相關工作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 標記點設計92-93
• 4.4.2 標記點檢測93-95
• 4.4.3 標記點移除95-97
• 4.4.4 基于多標記點的并行解纏繞97-98
• 4.5 實時高精度三維重構系統(tǒng)98-102
• 4.5.1 系統(tǒng)構成98-101
• 4.5.2 參數(shù)設置101-102
• 4.6 實驗結果與分析102-108
• 4.6.1 解纏繞性能分析102-105
• 4.6.2 復雜場景的實時三維重構105-108
• 4.7 小結108-110
• 第5章 結論110-112
• 參考文獻112-121
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單121-122
• 致謝122-123
• 作者簡介123

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 張國雄;三坐標測量機的發(fā)展趨勢[J];中國機械工程;2000年Z1期

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本文編號：622831