基于人体扫描线点云的光顺去噪.pdf
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1、第3 l 卷第3 期 2 0 1 0 年3 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x i i l eR e s e a r c h V 0 1 3 1 ,N o 3 M a l “ ,2 0 1 0 文章编号:0 2 5 3 - 9 7 2 11 2 0 1 0 0 3 - 0 1 3 3 0 5 基于人体扫描线点云的光顺去噪 李晓志,李晓久,王玉秀 ( 天津工业大学艺术与服装学院,天津3 0 0 3 8 7 ) 摘要利用自制的便携式三维人体测量系统获得人体扫描线点云。在测量过程中,由于受扫描设备的物理特 性、扫描环境、光照和标定算法本身的缺陷等因素的影响,点云中不可避免混有噪
2、声点。根据噪声点的特点将其分 为3 类:与人体真实数据相隔较远的点为第l 类噪声点;点云中重叠的点为第2 类噪声点;夹杂在人体真实数据点 中而导致点云不光顺的点为第3 类噪声点。对于第l 类和第2 类噪声点,采用基于距离的选点删除法;对于第3 类 噪声点采用基于离散点云曲率及曲率变化的S a v i t z k y - g o l a y 滤波方法。实验结果显示,以上2 种方法能有效去除人 体扫描线点云中的噪声点,并能保持点云固有的几何细节。 关键词人体;三维人体扫描;扫描线点云;光顺去噪;选点删除法;S a v i t z k y g o l a y 滤波 中图分类号:T S3 9 1 7
3、2文献标志码:A D e n o i s i n ga n ds m o o t h i n gb a s e do n3 - Db o d ys c a nl i n ep o i n tc l o u dd a t a L IX i a o z h i ,L IX i a o j i u ,W A N GY u x i u ( I n s t i t u t eo f A r t & F a s h i o n ,T i a n j i nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ,T i a n j i n3 0 0 3 8 7 ,C h i n
4、a ) A b s t r a c tAp o r t a b l et h r e ed i m e n s i o n ( 3 - D ) b o d ym e a s u r e m e n ts y s t e mw a sd e v e l o p e dt oo b t a i nb o d y s c a nl i n ep o i n tc l o u d s B e c a u s eo fp h y s i c a lp r o p e r t i e so fm e a s u r i n gd e v i c e ,e n v i r o n m e n to fm e
5、 a s u r e m e n t , l i g h ta n dd e f e c t so fc a l i b r a t i o na l g o r i t h m ,t h ei n i t i a lp o i n tc l o u di n c l u d es o m en o i s yp o i n t s B a s e do nt h e c h a r a c t e r so fn o i s yp o i n t s t h e ya r ed i v i d e di n t ot h r e et y p e s T h ef i r s tt y p
6、eh a saf 打d i s t a n c ef r o mt r u e b o d yd a t ap o i n t s T h es e c o n di st h el a p p e dp o i n t s ,a n dt h et h i r dm i x e sw i t ht r u eb o d yd a t a t oc a u s et h e p o i n tc l o u d su n f a i r T h ef i r s ta n ds e c o n dt y p en o i s yp o i n t sa r ed e l e t e db yt
7、 h ed i s t a n c e b a s e da l g o r i t h m , a n dt h e nt h et h i r dt y p en o i s yp o i n t sa r er e m o v e db yt h em e t h o do fS a v i t z k y g o l a yf i l t e rb a s e do nt h e c u r v a t u r ea n dc u r v a t u r ec h a n g e T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em e t h o d sa r
8、 ee f f e c t i v eo ns m o o t h i n gp o i n tc l o u d a n dt h ed e t a i l so fp o i n tc l o u da r er e m a i n e d K e yw o r d sb o d y ;3 Db o d ys c a n n i n g ;s c a nl i n ep o i n tc l o u d ;d e n o i s i n ga n ds m o o t h i n g ;c h o o s ep o i n t a n dd e l e t ei t ;S a v i t
9、z k y g o l a yf i l t e r 非接触式三维人体测量已成为现代人体测量技 术的主要特征。它以现代光学为基础,是一种融光 电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科 学技术为一体的测量技术,具有比传统测量方法更 快速,更准确,效率更高等特点。目前,大多数三 维人体测量系统的工作原理都是通过光照系统往人 体上投射光源( 如激光、红外光、多条纹光等) ,使用 视觉设备来捕获人体的外形,然后利用系统软件来 提取人体在三维空间中的数据并对数据进行处理以 及重构数字化三维人体模型。 通常把三维空间中数据点的集合称为点云H , 根据测得的初始点云中点的分布特征,可以将点云 分为散乱
10、点云和扫描线点云H 1 。扫描线点云由1 组 扫描线组成,扫描线上的点位于扫描平面内,沿扫描 线方向非常密集,扫描线之间或者在垂直扫描线方 向比较稀疏H - 。在测量过程中,由于受扫描设备物 理特性、扫描环境、光照等因素的影响,初始点云不 可避免会受到噪声的污染,这些噪声点会严重影响 收稿日期:2 0 0 9 一一1 1修回日期:2 0 0 9 一0 9 一0 8 作者简介:李晓志( 1 9 8 0 一) ,女,博士生。主要研究方向为数字化服装技术。李晓久,通讯作者,E m a i l :l i x i a o j i u t j p u e d u c n o 万方数据 PDF Waterm
11、ark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 3 4 纺织学报 第3 1 卷 重建后模型的质量,所以在进行模型重建之前必须 去除点云中的噪声点。 本文采用自行开发的便携式三维人体测量系统 对人体进行测量,得到人体扫描线点云,根据点云的 特点对其进行光顺除噪。 1 测量系统简介 自主开发的便携式三维人体测量系统的结构如 图1 所示。它是基于双目立体视觉技术开发的( 其 原理可参考文献 5 ) ,系统主要包括:计算机,用于 硬件控制与数据的采集及处理;一对高速摄像机,用 于图像采集;悬挂式背
12、景幕布,幕布大小为2 5m 1 8m ;可移动平面靶标作为系统标定物,平面靶标 为黑白相间的方格,方格数为1 5 7 ( 横向纵向) , 每个方格为5 0m mx 5 0m m ;步进电动机与激光投射 光源;能够进行1 8 0 0 旋转的自动旋转台,其直径为 6 0c m ,旋转台中心与摄像机和激光投射装置的水平 距离为1 8m 。 人站在旋转台上,激光投射至人体头顶上方开 图1 测量系统的结构 F i g 1 S t r u c t u r eo fp o r t a b l em e a s u r e m e n ts y s t e m 始自上而下扫描,而上、下2 台摄像机同步按一定帧
13、 速率采集人体正面的激光条纹图像,其扫描时间大 约为3s ,然后旋转台旋转1 8 0 。,激光归位到初始位 置,并自上而下扫描,2 台摄像机同时采集人体背面 的激光条纹图像。 系统通过对条纹图像进行预处理、摄像机标定、 立体匹配等,得到人体前、后面在三维空间中的数据 点云,人体的数据点云大概由几万到十几万个人体 数据点组成,每条扫描线上的点按一定的顺序存储 在数据库中。 测量完成时,通过三维空间几何变换使空间中 相应标记点( 测量前粘贴在人体上的点) 重合,而使 人体前、后面配准在一起,然后通过点云重定位整 合,使扫描线点云在y 方向成一个环线M ,得到人体 点云图像,如图2 所示。 2 人体
14、点云的光顺去噪 如图2 所示,由于受扫描环境和系统硬件设备 的影响导致在测量过程中产生噪声,这类噪声点表 现为与人体实际数据点相隔较远,称为第1 类噪声 点。图3 为图2 某条扫描线的剖面图,图中有部分 图2 配准、整合后人体的点云图像 F i g 2 W h o l eb o d yp o i n tc l o u dm o d e l sa f t e r r e g i s t e r i n ga n di n t e g r a t i n g 数据重叠,本文把重叠的点称为第2 类噪声点。由 于摄像机视场边缘畸变、标定算法本身的缺陷和条 纹阴影等导致的点坐标误差,表现为人体扫描线点
15、云呈锯齿形状,本文把这类误差点称为第3 类噪声 点,他们一般夹杂在真实人体数据点中( 如图3 ) 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期李晓志等:基于人体扫描线点云的光顺去噪 1 3 5 根据这3 类噪声点的特点,采用不同的除噪方法。 、。- + 、 l 。:一, 、一,一, 图3 人体扫描线点云的截面图 F i g 3 S e c t i o n a lv i e wo fb o d ys c a nl i n ep o i n tc l
16、o u d s 2 1 第1 类和第2 类噪声点的去除 对于第1 类和第2 类噪声点,采用选点删除法, 即判断人体数据点是否为噪声点,如果是则直接删 除。噪声点的判断采用基于距离计算的方法。第1 类噪声点选点删除过程为:设定一个最大距离d ,对 于点云中的某点,在其邻域内寻找距离它最近的点, 如果这2 点之间的距离比d 大,则认为此点是噪声 点,直接删除,在本文中d 等于条纹间距。第2 类噪 声点选点删除过程为:对于配准后的人体点云,分别 在人体前、后面相对应的扫描线边缘上寻找距离最 小的2 个点P ,、P 。,设这2 个点的名坐标值分别为气、 气,如果毛气,则把2 个点定为新的边缘点;如果毛
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