三維物體跟蹤方法研究.pdf

1、三維物體跟蹤在工業(yè)自動化、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實中有著重要應用。本文從剛體三維實時跟蹤和三維手勢實時跟蹤兩個角度，分別進行了研究。
　　汽車流水線上零件的識別和跟蹤是本文剛體三維實時跟蹤的應用場景。這個過程被分成了兩個階段:識別和實時跟蹤。核心問題都是如何找到點的對應。在識別階段，參考物和目標物分別位于不同的坐標系中，對每個關(guān)鍵點計算一個局部描述符，提取其局部的幾何特征并作編碼，將在三維空間中尋求點對應的問題轉(zhuǎn)化為在特征空間中尋找最近

2、鄰的問題。在跟蹤階段，目標物和參考物坐標系的變換已知，對于新的一幀，將采集的點云數(shù)據(jù)與前一幀的參考物做對齊，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，計算稠密點云的對齊，采用類似迭代最近鄰的方法，通過空間中點的“臨近”來解決點的對應問題。采用投影操作將對“臨近”的搜索從三維降到二維，減小計算復雜度，并發(fā)掘算法的并行性，用GPU并行計算加速。
　　三維手勢實時跟蹤的應用場景是人機交互，其目的是利用傳感器獲取

3、的人手的幾何信息，估計并恢復出人手的姿態(tài)。該系統(tǒng)可以被分為兩個部分:(1)基于前向運動學的三維人手動畫引擎，(2)手勢跟蹤模塊。
　　第一部分通過對人手模型的運動學建模，設計了基于前向運動學的人手模型。采用多個球體近似人手，將點與表面的對應問題轉(zhuǎn)化為點和模型球心的對應問題，以降低計算復雜度。
　　第二部分通過優(yōu)化一個精心設計的能量方程，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