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基于KinectFusion技术的人体坐姿三维几何快速重建方法研究
| 论文题名： | 基于KinectFusion技术的人体坐姿三维几何快速重建方法研究 |
| 关键词： | 人体坐姿;三维重建;KinectFusion技术 |
| 摘要： | 人体坐姿三维几何数据在乘坐用具及人体模型的开发中有着重要作用。例如汽车座椅、儿童安全座椅等人体乘坐用具的外形设计依据的是人体外形轮廓数据，汽车安全中常用的人形试验装置及假人有限元模型的开发更是需要详细的人体几何数据。目前，现有的人体坐姿数据主要来源于手工测量以及传统的三维扫描设备。手工测量虽然简单方便，成本低，但工作量大而且容易出错。相比于手工测量，传统的三维扫描设备测量速度快、精度高，但体积庞大、价格昂贵且操作复杂。因此，体积小、成本低、精确度高的三维人体坐姿测量系统具有重要的研究价值。针对上述现状，本文采用 Microsoft公司的 Kinect深度相机设计并实现了一种基于微软KinectFusion技术的三维人体坐姿重建系统，开发了点云背景去除、去噪平顺及漏洞填补等算法，解决了三维人体坐姿重建中因遮挡问题而导致模型存在漏洞及误差大等难点。本文主要研究工作内容如下： 1、研究了不同人体扫描坐姿对扫描效果的影响，确定了最佳扫描坐姿；设计了人体坐姿支撑平台，有效解决了扫描过程中的遮挡问题。 2、利用微软 KinectFusion及自定义点云处理算法，实现对人体点云数据的采集及处理。通过对比两种点云获取方式，确定采用 KinectFusion获取点云数据；对点云进行精简，通过直通滤波去除背景点云；提出一种人体自动分割和基于最小二乘法的漏洞填补算法进行孔洞填补。 3、对Kinect扫描精度影响因素进行优化分析。根据正交实验结果，讨论了Kinect高度、Kinect离圆形转台中心距离、转台转速三个因素对人体坐姿扫描精度的影响。并对结果数据进行近似模型拟合以及参数优化得到最佳的 Kinect摆放位置以及转台转速。 4、通过志愿者坐姿三维扫描实验进行三维人体坐姿重建系统有效性验证。本文对人体坐姿表面特征尺寸测量参数进行确定，并将测量的人体坐姿尺寸参数数据与人体测量真实数据进行对比，评估三维人体坐姿重建结果的精度。 研究结果表明，本文构建的基于 KinectFusion技术的三维人体坐姿重建系统可用于三维人体坐姿重建，且所设计的特定人体坐姿支撑平台能够有效地减少扫描过程中坐姿遮挡问题；开发的去背景、去噪光顺、漏洞填补和表面重建算法能实现对完整三维人体坐姿模型的获取，且获得的人体坐姿三维模型平均误差为0.9cm，重建精度较高。同时，系统具有成本低，操作简单等优点。人体坐姿三维几何快速重建方法的建立，将为人体坐姿数据的获取提供支撑。 |
| 作者： | 游雅利 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吴俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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