三维刑侦足迹检测系统的研究与设计

摘要

本文依据非接触光学测量的基本理论，采用光切法，设计了一套专门用于足迹提取的三维刑侦足迹检测系统。　　本文共分为七章，主要论述了三维刑侦足迹检测系统的设计思路和开发过程，从工程化系统化的角度出发，研究了光切法中光带中心提取算法、三维重构算法、串口通讯技术以及其他图像处理方法等，利用多种编程工具实现整体系统的软件设计，并对系统的精度进行分析。具体完成了以下工作：　　1、根据实际测量精度的要求，设计制作了测试系统的硬件框架部分，组装了完整的样机。编制了电机控制、光带中心提取、三维重构显示和效果处理集成在一体的软件系统。　　2、对测量系统中所选择的串口通讯的原理和思路进行分析和讨论，设计了计算机和电机驱动系统通讯模块的硬件电路，利用C++Builder和汇编语言分别对计算机和单片机进行通讯模块的软件编程。　　3、对光切法的原理进行论述，优化了双CCD技术，分析了现存的几种光带中心提取方法，针对实际测量过程中光刀光强呈近似高斯分布的情况，提出了一种新的亚像素光带中心提取算法。文中运用了平滑滤波和多帧平均的算法，消除了随机噪声和硬件系统带来高频噪声，分别利用传统重心法、曲线拟和法和改进重心法提取了光带中心，并对实验结果进行比较和分析。　　4、分析了三维曲面重构的原理，阐述了空间点的获得和选择三角片进行三维重构建模的理论依据，分别利用VRML和OpenGL实现了对测量物体的三维重构和三维效果显示，重点研究了在C++Builder环境下利用OpenGL进行建模、坐标变换、光照设置、材质和纹理映射的基本思路和方法。　　5、对系统精度进行分析，推导论证了用于系统标定和空间校正的方法。利用样机对雪地、沙土地、沙子地等环境下的足迹以及石膏模型进行的实地测量，分析了测量误差，并针对雪地中和沙子中足迹测量提出了提高测量精度的措施。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1综述

1.1.1三维形貌测量技术发展简介

1.1.2非接触光学三维形貌测量方法简介

1.1.3光学投影式三维形貌测量方法的简介

1.2本课题研究的背景和意义

1.2.1刑侦足迹测量的现状

1.2.2刑侦足迹测量的原理

1.2.3本课题研究的意义

1.3课题研究方法简介

1.3.1测量方法的选择

1.3.2光切法原理

1.4课题研究的思路及任务

1.4.1课题研究的思路

1.4.3课题解决的任务

1.5小结

第二章测量系统的整体设计

2.1测量系统的硬件设计

2.1.1光源

2.1.1 CCD摄像头

2.1.3镜头

2.1.4图像采集卡

2.1.5步进电机及驱动器

2.1.6系统其他机械组件

2.2软件的整体设计

2.2.1编程语言的选择

2.2.2软件的开发目标

2.2.3软件整体框架

2.2.4软件界面的设计

2.3小结

第三章通讯电路的设计

3.1通讯系统硬件电路设计

3.1.1通讯方式的选择

3.1.2通讯端口的选择

3.1.3硬件的实现

3.2串口通讯的程序设计

3.2.1通信协议

3.2.2单片机通信程序设计

3.2.3计算机通信程序设计

3.3界面设计

3.4小结

第四章光带中心的获取

4.1图像的采集

4.1.1对称放置的双CCD技术

4.1.2采集数据处理

4.2图像的预处理

4.2.1滤波

4.2.2多帧平均去噪

4.3光带中心的提取

4.3.1常用的光带中心提取方法

4.3.2改进的重心提取法

4.4光带中心提取的过程

4.4.1阈值提取

4.4.2光带轮廓边缘检测

4.4.3光带中心的定位

4.5实验

4.6结果分析

4.7本章小结

第五章三维重构的实现

5.1三维重构方法的研究

5.1.1空间点的获得

5.1.2曲面重构

5.1.3三角片曲面重构

5.2三维重构软件的选择

5.3利用VRML实现三维重构

5.3.1 VRML简介

5.3.2 VRML的体系原理

5.3.3 VRML的基本结构

5.3.4 VRML部分代码及结果显示

5.4利用OPENGL实现三维重构

5.4.1 OpenGL特点

5.4.2 OpenGL体系结构

5.4.4 OpenGL的图形处理流程

5.4.5利用OpenGL实现三维重构

5.5小结

第六章测量系统的标定和测量实验

6.1系统标定

6.1.1 x方向标定

6.1.1 y方向标定

6.1.1 z方向标定

6.2空间校正

6.3误差分析

6.4测量结果分析

6.4.1实验场地的选择

6.4.2实验数据的采集

6.4.3测量结果

6.4.4测量效果分析及对策

6.5小结

第七章结论

7.1成果

7.1.2系统研发

7.1.3创新点

7.2前景展望

参考文献

致谢

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