基于线结构光扫描的脚型重构测量研究

【摘要】随着计算机视觉理论技术的发展和成熟,基于计算机视觉的逆向工程如今已经成为科学研究的热点问题。经由该技术重构出来的自由曲面由于逼真度较高,被广泛应用于制造业的相关领域。引进该技术到人体足部的三维重构测量研究领域,能够大幅提高足部参数测量的效率及准确度,推进足部生理结构学方面的分析研究。本文分析了当前市场脚型自动重构测量系统的需求现状,研制了一种基于线结构光扫描的新型脚型自动重构及测量系统。该系统硬件部分由激光扫描仪平台、线结构激光发射器、CMOS摄像头等几部分构成。扫描仪平台负责采集足底的扫描图像,通过图像处理技术求取足底的相关参数；CMOS摄像头负责从前后两个位置采集足背的结构光扫描图像,通过计算机视觉及计算机图形学的相关技术重构出足背的三维曲面轮廓并进行足背相关参数的测量。本文系统与国内同类产品相比,在达到了较高的测量精度的同时,成本与复杂度相对较低,可以在步态分析、足部自动测量以及鞋楦个性化设计等领域进一步推广,本文主要研究工作如下：1.通过对脚型重构测量仪器实际需求的分析,提出一种结构简洁、成本低廉的脚型自动重构测量方案。本文详细介绍该方案的工作原理及功能和硬件结构设计。2.通过实验对比的方式,详细介绍足背重构过程中的关键技术与核心算法的选取和实现过程,主要分为以下几个方面：(1)足背线结构光图像的处理。采用最大类间方差法进行光带区域的提取,运用Zhang并行快速细化算法对光带进行细化。(2)足背点云盲区的曲线拟合修复。分析盲区产生的原因,对比常见插值、逼近算法在拟合修复时的优劣,并选用最小二乘逼近圆的方法对后跟处的盲区进行修复。(3)足背曲面重建。通过效果对比,选择三维Delaunay三角剖分作为足背曲面重建的算法。并运用VTK可视化类库中的相关算法函数辅助实现曲面重建。3.设计本文系统与手工方式的脚型参数测量结果的对比实验,并对系统误差产生的原因进行分析。实验结果表明本文的脚型自动重构测量系统的可靠性和精确度,均能满足脚型参数实际测量的需求。
【作者】袁振宇；
【导师】李新华；
【作者基本信息】安徽大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】线结构光扫描；三维重构；图像处理；曲线拟合；曲面重建；脚型参数测量；

【参考文献】
[1]蔡欢欢.集体土地征收立法与农民权益保护[D].兰州大学,民商法学（专业学位）,2013,硕士.
[2]王红.论保险代位求偿权[D].河北大学,民商法学,2014,硕士.
[3]许志伟.基于新型平衡变压器与感应滤波技术的电气化铁道电能质量治理研究[D].湖南大学,电气工程,2014,博士.
[4]卜昭灿.济宁地区农村初中学生体育锻炼行为现状的调查与培养对策研究[D].山东体育学院,体育教学,2012,硕士.
[5]孙翠芝.扰动源生成的表面挠曲波和界面重力波的渐近解[D].上海大学,应用数学,2013,硕士.
[6]古幼兰.抗HBV血清学转换中血清糖蛋白聚糖谱的变化及其临床意义[D].广州医科大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[7]钟鸣音.滑坡转化为泥石流实验研究[D].重庆交通大学,水工结构工程,2012,硕士.
[8]余骁.人民币汇率传递效应研究[D].浙江工商大学,统计学,2012,硕士.
[9]青华.1.早期营养不良对成年后大鼠胰岛β细胞功能的影响 　2.那格列奈和瑞格列奈改善2型糖尿病患者胰岛β细胞功能的比较研究[D].重庆医科大学,内科学,2004,硕士.
[10]郑凯.基于颗粒形态控制的混凝沉淀工艺强化技术研究[D].哈尔滨工业大学,市政工程,2014,硕士.
[11]吕成国,王承发,李俊庆,韩纪庆,徐近霈.RASTA-PLP技术与谱减相结合的去噪方法[J].自动化学报,2000,05:717-720.
[12]曹利红.黑腹果蝇种组mexl和Ras64B基因的进化与分子系统学研究[D].湖北大学,动物学,2011,硕士.
[13]邹文秀.中英招生广告中元话语对比分析[D].华中师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[14]汪超,董飞英,范利武,俞自涛,胡亚才.盐水冷却塔传热传质特性的实验研究[J].浙江大学学报(工学版),2014,04:666-670+710.
[15]荣阳.圆薄膜问题之幂级数解法以及推广的Hencky变换方法之反证[D].重庆大学,土木工程,2014,硕士.
[16]范永盛.三维重建模型模拟拉力螺钉固定髋臼后柱骨折的研究[D].宁波大学,外科学,2013,硕士.
[17]王飞.基于WEB的隐蔽信道设计与检测技术研究[D].中国科学技术大学,信息安全,2014,硕士.
[18]G·韦斯利·赖斯.倾斜状态下的地震速度——三维地震反射资料解释的统计方法[J].石油地球物理勘探,1976,S1:21-22.
[19]刘红.生命不可承受之重——论阎连科乡土小说中死亡的文化意义[D].吉林大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[20]吕朝华.基于专家—新手模型的技能培训系统的研究和实现[D].浙江工业大学,教育技术学,2011,硕士.
[21]张家光,李守志,齐树华,张卫.采用正平衡法计算的锅炉热效率微机实时监测仪[J].冶金自动化,1987,02:54-57.
[22]谢冬霜.论组织出卖人体器官罪[D].大连海事大学,法律,2013,硕士.
[23]段文玄.瓦格纳“整体艺术”观形成与发展研究[D].湖南师范大学,艺术学,2013,硕士.
[24]江光光.债券融资、财务风险与信用评级[D].云南财经大学,会计学,2014,硕士.
[25]孟杨.合约执行机制与民间金融风险[D].浙江大学,金融学（专业学位）,2013,硕士.
[26]陶涛.澳洲棉与亚洲棉种子萌发期转录组测序及其差异表达分析[D].南京农业大学,作物遗传育种,2013,硕士.
[27]王静.基于统筹城乡的农村土地资产管理研究[D].西南大学,人文地理学,2014,硕士.
[28]沈家文.一问车市:价格还能降多少?[J].中国经济周刊.2007(01)
[29]王寅.燃烧优化系统的研究与开发[D].华北电力大学,系统工程,2012,硕士.
[30]涂晨希.中国特色社会主义生态文明建设研究[D].辽宁大学,马克思主义中国化研究,2012,硕士.
[31]薛勇.传统吉祥图案在居住空间设计中的运用研究[D].河北科技大学,设计艺术学,2014,硕士.
[32]李娜娜,宋洁,顾军华,郭树军.灾害天气关联模式挖掘技术研究[J].河北工业大学学报,2005,02:68-73.
[33]刘嵘.“女性的奥秘”与作为心理自传的《钟形罩》[D].安徽大学,英语语言文学,2013,硕士.
[34]白宇亮.WCDMA核心网分组域通用过程优化研究[D].东北大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[35]赵秀艳.马克思主义中国化进程中对传统文化的汲取与创新研究[D].鲁东大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[36]王凤梅.刑事司法中的社会调查报告研究[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[37]李林林.湖南省肺结核发病率及气象因素分析[D].山东大学,公共卫生（专业学位）,2013,硕士.
[38]马苏艳.新型普鲁士蓝复合纳米材料在电化学生物传感器中的应用[D].青岛科技大学,2011.
[39]陈林.联合国文件翻译项目报告[D].苏州大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[40]曹毅然,李德荣,范宏武.既有风貌建筑节能改造技术研究[J].住宅科技.2007(06)
[41]肖威.中国潜在通货膨胀压力研究[D].对外经济贸易大学,金融学,2014,博士.
[42]王玉玉.新型聚芳硫醚砜耐溶剂纳滤膜的制备与性能研究[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[43]刘璇.传统与时尚的激情碰撞[D].东北师范大学,戏剧戏曲学,2012,硕士.
[44]严又生.西安石油勘探仪器总厂利用自制设备成功地进行了井间地震测量[J].石油地球物理勘探,1998,01:108.
[45]苏昕.从目的论视角论中医专有名词文化内涵的英译[D].安徽大学,英语语言文学,2013,硕士.
[46]高琳.河北丰宁早白垩世大北沟组反鸟类—新标本的形态描述[D].沈阳师范大学,动物学,2014,硕士.
[47]森本龙（MorimotoRyo）.基于微流控技术的尿酸和抗血坏酸并行检测[D].大连理工大学,2014.
[48]贺相.平面度分析中的基面转换法原理[J].组合机床与自动化加工技术.1988(11)
[49]王鹃鹃.通道树型交通体系运用于城市建筑综合体的适应性研究[D].西南交通大学,建筑设计及其理论（专业学位）,2013,硕士.
[50]仝海龙.蒙库铁矿项目投资效益评价[D].吉林大学,工业工程,2014,硕士.