低成本多目立体视觉脚型三维测量方法研究

摘要

随着社会发展，生活水平的提升使人们更加注重生活必需品的体验，而不仅限于其基本功能。鞋子的舒适性一直以来都是重要问题，影响着人脚生长和人体健康。过去大众统一化的制鞋模式已经无法满足人们的需求，个性化的量足制鞋成为了必然趋势。市面上激光脚型扫描仪已经获得了不错的应用。然而，激光成本高，抗抖动性差，使得这一产品不利于大规模推广。基于结构光的方法也被常用来获取三维目标的形状，但由于其需要根据在目标表面透射的光栅恢复目标的三维形状，所以会受到环境光的影响，不利于应用在产品中。在保证精度的前提下，降低成本的要求也越来越强烈。摄像头等硬件成本的下降、立体视觉技术的发展为低成本三维脚型测量提供了发展的可能。
　　本研究基于立体视觉原理来获取脚型，采用一种“主动标记”的方案，在白色薄袜上添加标记点来为脚型提供稳定的特征点。利用标记点质心对视角变换有较强鲁棒性这一特性，将标记点质心作为特征点，并采用斑点检测算法将其提取出来。采用本方法只需要多个摄像头和袜子，极大地降低了脚型获取的成本，在脚型的精度和成本之间有着较好的平衡。为了解决这种标记点局部信息几乎一致的问题。本文提出一种二级匹配的方法，首先利用极线约束和SAD算法来匹配种子点，再将种子点进行Delaunay三角化，这样使每个标记点落在各个三角形区域内，采用三角约束的方法，在三角基点所在曲面接近平面时有较好的匹配效果。获取各个视角的点之后，将各面片拼接起来，采用泊松重建的方法得到完整脚型。测量的脚型特征参数包括：脚长，跖趾直宽，跖围，跗围，兜围，第一跖趾关节高度，前跗骨高度，舟上弯点高度，这些参数对于鞋子的制作有着重要参考价值。将得到脚型点云投影到脚底平面上，按一定步长扫描得到脚型轮廓线。在得到的轮廓线上定位几个特征点的二维位置，并反投影到三维得到实际位置。过这些特征点做辅助平面，求取他们与脚型相交的曲线长度就得到了各个围长。本方法在Windows平台上利用Visual Studio2008和OpenCV编程实现。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 三维脚型的获取

2.1 相机标定基础

2.1.1 成像过程及坐标系介绍

2.1.2 透镜畸变

2.1.3 立体标定

2.2 对极几何与立体校正

2.2.1 对极几何

2.2.2 立体校正

2.3 特征点提取

2.4 特征点匹配

2.4.1 种子点匹配

2.4.2 Delaunay三角化

2.4.3 普通标记点匹配

2.5 三维重建

2.5.1 投影到三维空间

2.5.2 泊松重建

2.6 本章小结

第3章 三维脚型测量

3.1 脚型特征参数简介

3.2 脚型特征参数提取

3.2.1 脚印图生成

3.2.2 脚型特征点定位

3.2.3 脚型围长计算

3.3 本章小结

第4章 实验结果与分析

4.1 图像采集及相机标定

4.2 特征匹配结果与分析

4.3 脚型重建及参数测量结果与分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢