基于Kinect的三维点云数据处理

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1、硕士学位论文论文题目基于Kinect的三维点云数据处理研究生姓名陈聪梅指导教师姓名王加俊专业名称通信与信息系统研究方向数字图像处理论文提交日期2013年4月基于Kinect的三维点云数据处理中文摘要基于Kinect的三维点云数据处理中文摘要由于三维激光扫描的软硬件水平日趋成熟和大众化，相应的三维点云数据的处理技术成为越来越受关注的研究热点，广泛应用于计算机动画、医学图像处理、文物保护、地形勘探和数字化媒体创作等领域。随着扫描设备的采样精度和扫描速度不断提高，获取的点云数据呈海量增长，导致后期的多视拼接、表面重建和数据存储对硬件处理设备带来新的挑

2、战和压力。针对目前基于三维扫描设备的数据处理的计算量大、复杂度高、需要在高性能的设备上才能处理、不能在各个领域广泛应用等问题，并结合深度体感设备Kinect，本文提出了一种能够在中低端计算机上实现的简单、高效的三维点云数据处理方法，其中包括点云拼接及表面重建算法等关键技术，主要研究工作和贡献概括如下：首先，本文从深度体感设备Kinect出发，详细介绍了该设备基于PC上的开发及其颜色和深度信息的获取原理，并对采集得到的点云数据进行阈值分割和拓扑关系的建立等预处理，大大提高点云拼接及表面重建处理的速度。其次，本文提出了一种基于几何特征不变量的拼接方

3、法。该方法通过曲率和邻域标识相似度等度量来确定匹配点关系，根据匹配点之间的坐标变换估算初始刚体变换的旋转和平移矩阵，将不同视角的点云数据初始配准在同一坐标系下。然后根据最近点迭代法算法，利用奇异值分解，迭代计算精确配准的刚体变换，以完成多视拼接。再次，本文对以往基于区域生长的表面重建算法进行改进：根据平坦度大小确定初始点构造初始三角形，以增强三角剖分的鲁棒性；通过对邻域的不同定义，选择搜索范围，实现非连通区域的连接；利用双三次样条插值函数拟合曲面，修复点云孔洞，改善网格重建质量。最后，本文在VisualStudio2008开发环境下结合Open

4、CV和OpenGL底层图形库混合编程设计并实现点云拼接及表面重建算法，取得了良好的结果。关键词：点云拼接、表面重建、几何特征不变量、双三次样条函数、孔洞修复作者：陈聪梅指导老师：王加俊IAbstractStudiesontheProcessingof3DPointCloudDatabasedonKinectStudiesontheProcessingof3DPointCloudDataBasedonKinectAbstractWiththematuringandpopularityofthehardwareandsoftwareforthree

5、dimensional(3D)laserscanning,thecorrespondingprocessingtechnologyfor3Dpointclouddatahasbecomeahotresearcharea.Thistechnologyiswidelyusedincomputeranimation,medicalimageprocessing,heritageconservation,terrainexploration,digitalmediacreationandotherfields.Withthecontinuousimpr

6、ovementinsamplingaccuracyandscanningspeed,themassivegrowthintheamountoftheacquiredpointdataleadstonewchallengesandpressuresfordataprocessinghardwareforthesubsequentmulti-viewregistration,surfacereconstructionanddatastorage.Inthisthesis,asimpleandefficient3Dpointcloudprocessi

7、ngmethodwhichincludespointcloudregistrationandsurfacereconstructionalgorithmandcanbeimplementedonmid-and-low-endcomputerswasproposed.Combinedwith3DdepthsomatosensorycameraKinect,itcaneffectivelytackletheproblemssuchashighcomputingintensity,highcomplexity,therequirementsofhig

8、h-endcomputingdevicesandlimitedapplicationsindifferentareasforthetraditiona