三維物體跟蹤方法研究.pdf

1、三維物體跟蹤在工業(yè)自動(dòng)化、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中有著重要應(yīng)用。本文從剛體三維實(shí)時(shí)跟蹤和三維手勢(shì)實(shí)時(shí)跟蹤兩個(gè)角度，分別進(jìn)行了研究。
　　汽車流水線上零件的識(shí)別和跟蹤是本文剛體三維實(shí)時(shí)跟蹤的應(yīng)用場(chǎng)景。這個(gè)過程被分成了兩個(gè)階段:識(shí)別和實(shí)時(shí)跟蹤。核心問題都是如何找到點(diǎn)的對(duì)應(yīng)。在識(shí)別階段，參考物和目標(biāo)物分別位于不同的坐標(biāo)系中，對(duì)每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)計(jì)算一個(gè)局部描述符，提取其局部的幾何特征并作編碼，將在三維空間中尋求點(diǎn)對(duì)應(yīng)的問題轉(zhuǎn)化為在特征空間中尋找最近

2、鄰的問題。在跟蹤階段，目標(biāo)物和參考物坐標(biāo)系的變換已知，對(duì)于新的一幀，將采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與前一幀的參考物做對(duì)齊，獲取變換，然后根據(jù)變換更新前一幀參考物的位置和朝向。為確保跟蹤精度，計(jì)算稠密點(diǎn)云的對(duì)齊，采用類似迭代最近鄰的方法，通過空間中點(diǎn)的“臨近”來解決點(diǎn)的對(duì)應(yīng)問題。采用投影操作將對(duì)“臨近”的搜索從三維降到二維，減小計(jì)算復(fù)雜度，并發(fā)掘算法的并行性，用GPU并行計(jì)算加速。
　　三維手勢(shì)實(shí)時(shí)跟蹤的應(yīng)用場(chǎng)景是人機(jī)交互，其目的是利用傳感器獲取

3、的人手的幾何信息，估計(jì)并恢復(fù)出人手的姿態(tài)。該系統(tǒng)可以被分為兩個(gè)部分:(1)基于前向運(yùn)動(dòng)學(xué)的三維人手動(dòng)畫引擎，(2)手勢(shì)跟蹤模塊。
　　第一部分通過對(duì)人手模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，設(shè)計(jì)了基于前向運(yùn)動(dòng)學(xué)的人手模型。采用多個(gè)球體近似人手，將點(diǎn)與表面的對(duì)應(yīng)問題轉(zhuǎn)化為點(diǎn)和模型球心的對(duì)應(yīng)問題，以降低計(jì)算復(fù)雜度。
　　第二部分通過優(yōu)化一個(gè)精心設(shè)計(jì)的能量方程，解決模型與采集數(shù)據(jù)的擬合問題。討論粒子群和Articulated ICP算法在搜索最優(yōu)解上