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近红外光学运动捕获技术研究及系统开发

作　者: 程寅
导　师: 庄越挺
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 运动捕获相机定标三维重建视图间特征点匹配时序特征点匹配数据后处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
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内容摘要

近年来,运动捕获技术迅速发展并被广泛应用到教育、医疗、娱乐等领域。一些公司和科研机构相继开发了成熟运动捕获系统,这些系统能够满足绝大部分的运动捕获应用但普遍价格昂贵。对于中小型企业来说,购买这样一套系统的开支过大。本文就如何构建一套基于近红外相机的运动捕获系统展开了研究,提出了套可行的系统框架,对其中涉及的关键技术进行了研究与实现,并开发了一套低成本近红外光学运动捕获系统。本文的具体工作包括：研究并实现了一套近红外光学运动捕获系统包括相机定标、运动重建、后处理等功能模块,最终能够输出通用的运动数据格式。系统的定标方法利用并改进了一种基于单个特征点的多相机自定标方法。该方法以单个特征点在同一时刻下不同相机成像平面上的二维像素坐标集合为输入,利用计算机视觉相关方法计算了各个相机的内外参数并将参数输出达到定标相机的目的。系统的运动重建利用了定标输出的相机投影矩阵等参数。在重建过程中采用极线约束结合重投影误差评估的方法进行不同视图之间的特征点匹配,并提出了一种基于迭代比较的时序特征点匹配方法来解决相邻帧之间的特征点匹配问题。本文对运动捕获后输出的数据处理过程进行研究,分析比较了几种缺点补全的方法提出一个合理的应用策略,并在系统中进行实现。经实验验证本文提出的基于近红外捕获系统框架能够成功捕获人体运动数据,并具有良好的实时性和鲁棒性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-13
  1.1 研究动机  9-10
  1.2 研究现状  10-11
  1.3 本文的工作  11
  1.4 本文的组织  11-13
第2章运动捕获技术综述  13-26
  2.1 运动捕获技术简介  13-21
    2.1.1 基于视频的运动捕获技术  14-16
    2.1.2 基于特殊硬件系统的运动捕获技术  16-19
    2.1.3 运动捕获技术的应用  19-21
  2.2 光学运动捕获流程简介  21-23
  2.3 运动数据格式简介  23-26
第3章相机定标  26-44
  3.1 常用定标方法  26-27
  3.2 基于单个特征点的自定标算法  27-32
    3.2.1 算法理论  27-29
    3.2.2 方法流程  29-32
  3.3 本文所采用的自定标方法  32-43
    3.3.1 特征点和误判点的检测  32-34
    3.3.2 世界坐标的调整  34-40
    3.3.3 基本矩阵的计算  40-41
    3.3.4 自定标方法流程  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章运动重建  44-59
  4.1 重建方法  44-45
  4.2 视图间的特征点匹配  45-50
  4.3 时序特征点匹配  50-57
    4.3.1 基于迭代比较的匹配算法  51-55
    4.3.2 实验结果  55-57
  4.4 本章小结  57-59
第5章运动数据处理  59-67
  5.1 特征点补全  59-65
    5.1.1 捕获时特征点补全方法  59-60
    5.1.2 捕获后特征点补全方法  60-65
  5.2 简单模型的驱动  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第6章系统实现  67-73
  6.1 总体框架  67-68
  6.2 相机参数设置模块  68
  6.3 相机定标模块  68-69
  6.4 世界坐标系调整模块  69-70
  6.5 运动捕获模块  70-71
  6.6 数据后处理模块  71-73
第7章总结与展望  73-76
  7.1 总结  73-74
  7.2 展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间主要的研究成果  79-80
致谢  80

近红外光学运动捕获技术研究及系统开发

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