基于Kinect的三維數據融合處理方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及基于Kinect的三維數據融合處理方法。
【背景技術】
[0002] 在風洞模型姿態和變形的光學測量中，粘貼、噴涂圖案標記或嵌入發光標記破壞 了模型表面特性，而且在溫度壓力變化劇烈時很難留存。為了在風洞試驗中對模型姿態和 位移測量時不需要對模型進行特別處理，如噴涂或附加標記點，提高對苛刻測試環境如高 溫高壓條件下的測試能力，需要研究一種新的三維非接觸測量方法。
[0003] 微軟Kinect設備是一種深度攝影機，同時它導入了即時動態捕捉、影像辨識、麥克 風輸入、語音辨識、社群互動等功能。不需要使用任何控制器，它是依靠相機捕捉三維空間 中模型的運動獲得被測模型的三維姿態和變形信息。
[0004] 雖然目前流行的深度信息采集設備采集精度高，但要求的條件往往比較荀刻，再 加上價格和操作復雜等原因，無法達到民用的效果。由于Kinect的紅外線攝像頭和VGA攝像 頭是在不同的位置，而且鏡頭本身的參數也不完全相同，所以兩個攝像機所取得的畫面會 有些微小的差異，無法使三維坐標(X，Y，Z)和彩色信息對應模型的同一點。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種基于Kinect的三維數據融合處理方法，能夠在復雜環 境下，利用兩臺Kinect設備獲取一組三維點云數據，并通過對兩臺Kinect空間位置進行標 定，得到轉換矩陣，進而將獲取的兩組三維點云實現數據的融合。
[0006] 為實現上述目的，本發明的技術方案是設計一種基于Kinect的三維數據融合處理 方法，包括如下步驟：
[0007] a.用兩臺Kinect分別獲取同一個棋盤標靶的點云數據A和B，并得到相同的40個棋 盤格子點在兩組點云中的空間測量坐標;且兩臺Kinect以棋盤標靶對稱放置；
[0008] b.獲取點云A轉換到點云B所在的空間坐標系下的轉換矩陣Mwe，使用最小二乘法， 根據公式Mwc;= (ATA)4ATB得到對應轉換矩陣；
[0009] C.將兩臺Kinect獲取的三維點云進行數據融合:將獲取A點云的Kinect所得到的 點云數據轉換到另一臺Kinect所在的世界坐標系下面，公式表述如下:AM we = B。
[0010] 優選的，兩臺Kinect以棋盤標靶對稱放置。
[0011]本發明的優點和有益效果在于：提供一種基于Kinect的三維數據融合處理方法， 能夠在復雜環境下，利用兩臺Kinect設備獲取一組三維點云數據，并通過對兩臺Kinect空 間位置進行標定，得到轉換矩陣，進而將獲取的兩組三維點云實現數據的融合。
[0012] 本發明使用基于OpenNI與Primesense編寫的軟件結合Kinect獲取三維數據點云， 可以使Kinect獲取的深度數據(Z)和圖像數據(X，Y)能夠很好的重合起來。
[0013] 本發明在不破壞模型表面特性的情況下獲得模型大變形量、大判讀區域的三維姿 態和變形數據，搭建的測量平臺三維坐標結果與便攜式三坐標儀系統的一致性較好。該方 法不僅能夠使其深度數據和圖像數據能夠很好的重合起來，而且還可以將兩個Kinect所獲 取的點云數據無誤的結合融合到一起。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的不意圖；
[0015] 圖2是標靶示意圖；
[0016] 圖3是標革巴標定圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅 用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0018] 如圖1至圖3所示，本發明具體實施的技術方案是：
[0019] (1)使用計算機（圖1中的4)，計算機內置基于OpenNI與Primesense編寫的處理軟 件，將兩臺Kinect(圖1中的1、2)放置于圖1所示的位置，分別獲取標靶3正面(如圖2所示)棋 盤格的空間三維坐標點。
[0020] (2)對前后放置的兩臺Kinect(圖1中的1、2)空間位置關系進行標定，并獲的轉換 矩陣;兩臺Kinect以棋盤標靶對稱放置;主要步驟包括：
[0021] a.用兩臺Kinect (圖1中的1、2)分別獲取同一個棋盤標靶（圖1中的3)的點云數據A 和B，并得到相同的40個棋盤格子點（如圖3所示，圖3中的5為標定點）在兩組點云中的空間 測量坐標為
[0022] b.獲取點云A轉換到點云B所在的空間坐標系下的轉換關系如下：
[0026] 轉換矩陣為Mw%使用最小二乘法，根據公式ir-UTAnTB得到對應轉換矩陣。IT 表示如下·
[0023] ⑴
[0024] (2)
[0025] (3)
[0027]
(4)
[0028] (3)將兩臺Kinect獲取的三維點云進行數據融合，主要步驟包括，將獲取A點云的 Kinect所得到的點云數據轉換到另一臺Kinect所在的世界坐標系下面，公式表述如下：
實現對模型的全方位非接觸三維測量。
[0029]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾 也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 基于Kinect的三維數據融合處理方法，其特征在于，包括如下步驟： a. 用兩臺Kinect分別獲取同一個棋盤標靶的點云數據A和B，并得到相同的40個棋盤格 子點在兩組點云中的空間測量坐標； b. 獲取點云A轉換到點云B所在的空間坐標系下的轉換矩陣Mwe，使用最小二乘法，根據 公式Mwc:= (Α?Γ^Β得到對應轉換矩陣； c. 將兩臺Kinect獲取的三維點云進行數據融合:將獲取Α點云的Kinect所得到的點云 數據轉換到另一臺Kinect所在的世界坐標系下面，公式表述如下:AM W° = B。2. 根據權利要求1所述的基于Kinect的三維數據融合處理方法，其特征在于，兩臺 Kinect以棋盤標靶對稱放置。
【專利摘要】本發明公開了一種基于Kinect的三維數據融合處理方法，包括如下步驟：a.用兩臺Kinect分別獲取同一個棋盤標靶的點云數據A和B，并得到相同的40個棋盤格子點在兩組點云中的空間測量坐標；且兩臺Kinect以棋盤標靶對稱放置；b.獲取點云A轉換到點云B所在的空間坐標系下的轉換矩陣Mwc；c.將兩臺Kinect獲取的三維點云進行數據融合。本發明能夠在復雜環境下，利用兩臺Kinect設備獲取一組三維點云數據，并通過對兩臺Kinect空間位置進行標定，得到轉換矩陣，進而將獲取的兩組三維點云實現數據的融合。
【IPC分類】G06T17/00
【公開號】CN105513128
【申請號】CN201610022247
【發明人】趙維明, 李士偉, 梁磊, 段丕軒, 李雨芮, 任曉波, 岳廷瑞, 尹熹偉, 李小艷, 梁頻, 何苗
【申請人】中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月13日