《智能識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與實(shí)訓(xùn)》單元2 - 學(xué)習(xí)情境3

單元2使用數(shù)字成像設(shè)備獲取圖像數(shù)據(jù)0102情境1用高清攝像機(jī)采集需要的圖片情境2用高清攝像機(jī)采集需要的視頻03情境3三維圖像數(shù)據(jù)采集學(xué)習(xí)情境3三維圖像數(shù)據(jù)采集01030204情景概述知識(shí)準(zhǔn)備案例講解總結(jié)PART01情境概述情境3三維圖像數(shù)據(jù)采集情境概述學(xué)習(xí)情境描述

使用三維照相機(jī)采集三維人臉數(shù)據(jù),并輸出、顯示。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集

情境概述學(xué)習(xí)目標(biāo)能夠正確闡述三維圖像傳感設(shè)備的成像原理。能夠說(shuō)出常見(jiàn)的三維圖像表現(xiàn)方式。正確掌握判定三維圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法。能夠正確操作三維圖像傳感設(shè)備。能夠通過(guò)Python編程實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的讀取、顯示。情境2：用高清攝像機(jī)采集需要的視頻情境概述本學(xué)習(xí)情境的任務(wù)書(shū)根據(jù)一個(gè)用于疫情防控的園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)建設(shè)要求，結(jié)合三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別技術(shù)運(yùn)用需要，為了確保使用三維人臉照相機(jī)采集的人臉點(diǎn)云數(shù)據(jù)符合人臉注冊(cè)要求，公司主管要求你通過(guò)Python編程，開(kāi)發(fā)一個(gè)三維人臉采集數(shù)據(jù)查看軟件，該軟件能夠讀取采集到的快遞人員三維人臉點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并顯示三維人臉模型，以便判斷其是否符合采集質(zhì)量要求。你接受到任務(wù)后，首先需要認(rèn)真了解三維人臉照相機(jī)工作原理，掌握三維人臉照相機(jī)工作操作使用方法，知道如何判斷三維人臉采集數(shù)據(jù)是否存在質(zhì)量缺陷；其次，要根據(jù)園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程，確定獲取三維人臉采集數(shù)據(jù)的具體方法；在此基礎(chǔ)上，你利用Open3D或Matplotlib提供的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)讀取、顯示、保存等功能函數(shù)，完成快遞人員三維人臉采集數(shù)據(jù)查看軟件開(kāi)發(fā)。情境2：用高清攝像機(jī)采集需要的視頻情境概述園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)簡(jiǎn)介為了做好疫情防控，某工業(yè)園區(qū)需要對(duì)快遞人員進(jìn)入園區(qū)進(jìn)行授權(quán)管理和軌跡跟蹤，為此他們計(jì)劃構(gòu)建一個(gè)園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)由前端設(shè)備和管理后臺(tái)兩大部分構(gòu)成。其中，前端設(shè)備主要負(fù)責(zé)人員圖像采集和出入控制，由部署在園區(qū)大門(mén)口的帶人臉識(shí)別功能的人員通行閘機(jī)、部署在園區(qū)內(nèi)道路沿線及各類(lèi)建筑物出入口的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)、部署在園區(qū)管理部的三維人臉照相機(jī)組成；管理后臺(tái)負(fù)責(zé)接收前端設(shè)備采集的圖像數(shù)據(jù)，并對(duì)它們進(jìn)行及時(shí)處理、分析和管理，同時(shí)為應(yīng)用軟件提供運(yùn)行環(huán)境，由部署在園區(qū)機(jī)房的各類(lèi)服務(wù)器及一套“園區(qū)快遞人員管理系統(tǒng)”應(yīng)用軟件組成。情境2：用高清攝像機(jī)采集需要的視頻教學(xué)概述園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)

為了提升識(shí)別效率，園區(qū)人臉識(shí)別系統(tǒng)采用了三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別技術(shù)，這是一種基于三維人臉注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)視頻中出現(xiàn)的各種姿態(tài)人臉進(jìn)行快速比對(duì)準(zhǔn)確識(shí)別的技術(shù)，園區(qū)管理部工作人員使用三維人臉照相機(jī)對(duì)需要入園服務(wù)的快遞人員進(jìn)行三維人臉數(shù)據(jù)采集，采集到的三維人臉數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到三維人臉注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存管理。情境2：用高清攝像機(jī)采集需要的視頻PART02知識(shí)準(zhǔn)備情境3三維圖像數(shù)據(jù)采集知識(shí)準(zhǔn)備引導(dǎo)問(wèn)題三維圖像的展現(xiàn)方式有哪幾種？其中最常用的是哪一種？常用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件格式有哪些？用什么方法可以打開(kāi)一個(gè)三維圖像數(shù)據(jù)文件并顯示其中的三維圖像？請(qǐng)簡(jiǎn)述利用Open3DPython編程開(kāi)發(fā)一個(gè)三維人臉采集數(shù)據(jù)查看軟件需要開(kāi)展哪些工作？情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集

知識(shí)準(zhǔn)備知識(shí)點(diǎn)介紹

情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集

1、三維圖像基本概念知識(shí)準(zhǔn)備根據(jù)數(shù)字圖像所能展現(xiàn)的視覺(jué)效果，可以將其分為兩大類(lèi)：二維平面圖像（又稱(chēng)二維圖像）和三維立體圖像（又稱(chēng)三維圖像）。我們?nèi)粘Ｋf(shuō)的圖片（或照片）、視頻（或錄像）都屬于二維圖像，它只能夠提供并展示所包含景物的高度和寬度信息；而三維圖像除了展示景物的高度和寬度外，還能夠展示其縱深（深度）信息。。三維圖像不僅可以讓我們獲得比瀏覽二維圖像更加逼真的現(xiàn)實(shí)世界立體視覺(jué)效果，而且還讓我們能夠從不同角度去觀察所含景物的細(xì)節(jié)，從而獲得更加完美的視覺(jué)體驗(yàn)。隨著社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，僅靠二維視覺(jué)信息已經(jīng)很難滿足人們不斷變化的需求，目前各種三維技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用到人們的日常工作和生活中。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集知識(shí)準(zhǔn)備三維圖像的表現(xiàn)方式情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集深度圖以灰度表達(dá)物體與相機(jī)的距離，一般可由深度相機(jī)直接獲得。

幾何模型由CAD軟件建立。點(diǎn)云模型使用逆向工程設(shè)備獲取。知識(shí)準(zhǔn)備三維圖像的表現(xiàn)方式情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集逆向工程設(shè)備指在逆向工程中可用于完成產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)采集并輸出其點(diǎn)云模型的設(shè)備。根據(jù)工作方式不同可分為：接觸式三維測(cè)量設(shè)備和非接觸式三維測(cè)量設(shè)備。

逆向工程也叫反求工程（reverseengineering），是指從實(shí)物上采集大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并由此建立該物體的幾何模型，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。逆向工程與一般的設(shè)計(jì)制造過(guò)程相反，是先有實(shí)物后有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應(yīng)用。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析，其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析、推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。點(diǎn)云模型使用逆向工程設(shè)備獲取。逆向工程的主要作用縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度；降低企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)；加快產(chǎn)品的造型和系列化的設(shè)計(jì)；適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造。知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集點(diǎn)云模型被測(cè)量物體的點(diǎn)云模型可通過(guò)使用三維測(cè)量設(shè)備對(duì)其進(jìn)行測(cè)量而直接得到；在逆向工程中，通過(guò)測(cè)量?jī)x器得到的產(chǎn)品外觀表面測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)集合，稱(chēng)為點(diǎn)云（PointCloud）；因此，可將“點(diǎn)云”簡(jiǎn)單的理解為“同一空間中海量的點(diǎn)的集合”；點(diǎn)云模型中的每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，未經(jīng)過(guò)其他處理手段，包含了最大的信息量（如：測(cè)量點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)XYZ、測(cè)量點(diǎn)的顏色RGB信息等），提取點(diǎn)云中信息的過(guò)程稱(chēng)為“三維圖像處理”。知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件格式點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取便捷，具有離散和稀疏特性，易于存儲(chǔ)并擴(kuò)展為高維的特征信息，已經(jīng)成為當(dāng)前三維圖像處理研究的主要內(nèi)容。目前常用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式有：*.ply、*.wrl、*.psd、

*.las等。*.ply是Stanford大學(xué)開(kāi)發(fā)的一套三維mesh模型數(shù)據(jù)格式，主要用以儲(chǔ)存立體掃描結(jié)果的三維數(shù)值，通過(guò)多邊形片面的集合描述三維物體。*.wrl是VRML文件，可由VRML瀏覽器直接運(yùn)行，也可裝插件用IE瀏覽器運(yùn)行。*.psd是Adobe公司Photoshop軟件的專(zhuān)用文件格式，是目前惟一能夠支持全部圖像色彩模式的格式。*.las是一種用于存儲(chǔ)由光學(xué)遙感器收集的光探測(cè)和測(cè)距（LIDAR）數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，它不僅方便在數(shù)據(jù)提供者與使用者之間交換LIDAR數(shù)據(jù)，同時(shí)也可有效克服現(xiàn)有激光雷達(dá)數(shù)據(jù)中的一些復(fù)雜性問(wèn)題。2、常見(jiàn)三維成像技術(shù)及相關(guān)成像設(shè)備知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集

三維圖像傳感設(shè)備是融合三維測(cè)量與三維模型生成功能于一身的三維成像設(shè)備，目前三維成像技術(shù)主要依賴(lài)于飛行時(shí)間法、結(jié)構(gòu)光法、立體視覺(jué)法等實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)三維信息的感知和收集。飛行時(shí)間法TOF（TimeofFight，ToF）法的基本工作原理為利用光波飛行的時(shí)間差來(lái)獲取物體的深度。該方法是一種主動(dòng)式三維測(cè)量方法，利用激光或超聲波的傳播速度固定的性質(zhì)，由測(cè)量?jī)x器向物體發(fā)射激光或超聲波，根據(jù)發(fā)射和返回的時(shí)間差就可求出物體的距離。該方法受環(huán)境光照影響小，測(cè)量精度較高。PMD公司的工業(yè)TOF相機(jī)以及基于TOF法的自動(dòng)導(dǎo)引叉車(chē)示意圖知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)光法結(jié)構(gòu)光投影三維成像的基本原理是通過(guò)光學(xué)投影系統(tǒng)將擁有特殊圖案的結(jié)構(gòu)光投射至被測(cè)物體表面，并使用圖像獲取設(shè)備（如CCD或CMOS相機(jī)）采集被測(cè)物體表面的結(jié)構(gòu)光圖像，通過(guò)使用圖像處理算法計(jì)算分析被測(cè)物體表面結(jié)構(gòu)光圖像的變形情況，最終得到被測(cè)物體的三維輪廓信息。

基于條紋的雙目結(jié)構(gòu)光三維成像知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)光投影三維成像目前是機(jī)器人3D視覺(jué)感知的主要方式，結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)一般是由若干個(gè)投影儀和相機(jī)組成，“單投影儀-雙相機(jī)”是結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)形式。

基于紅外結(jié)構(gòu)光的深度相機(jī)：AstraStereoSU3知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集立體視覺(jué)法立體視覺(jué)是指通過(guò)模仿人眼感知客觀世界的方式，利用從不同的視點(diǎn)獲取的兩幅或多幅圖像，重構(gòu)目標(biāo)物體的三維信息。立體視覺(jué)三維成像方法可以分為單目視覺(jué)、雙目視覺(jué)、多（目）視覺(jué)和光場(chǎng)3D成像等，其中最為典型的是雙目立體視覺(jué)三維成像。雙目立體視覺(jué)3D成像是利用兩個(gè)相機(jī)，從兩個(gè)不同的視點(diǎn)，對(duì)同一個(gè)目標(biāo)物體獲得兩個(gè)視點(diǎn)圖像，然后計(jì)算兩個(gè)視點(diǎn)圖像的視差，以此獲得目標(biāo)物體的3D深度信息。

雙目立體視覺(jué)三維成像原理基于雙目立體視覺(jué)的Intel3D攝像頭3、三維人臉識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用知識(shí)準(zhǔn)備三維人臉識(shí)別

根據(jù)在構(gòu)建人臉注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)階段采集入庫(kù)的是二維人臉數(shù)據(jù)還是三維人臉數(shù)據(jù)，可以將人臉識(shí)別系統(tǒng)分為“二維人臉識(shí)別系統(tǒng)”和“三維人臉識(shí)別系統(tǒng)”。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集人臉識(shí)別技術(shù)運(yùn)用過(guò)程

知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有廠商推出了實(shí)用型的三維人臉數(shù)據(jù)采集設(shè)備或三維人臉識(shí)別系統(tǒng)，如，奧比中光的三維攝像頭模組，川大智勝的三維全臉照相機(jī)、動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別服務(wù)器和三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別應(yīng)用軟件。

由川大智勝研發(fā)的三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)可接入監(jiān)控視頻進(jìn)行人臉識(shí)別，其工作原理是：首先對(duì)在視頻畫(huà)面中出現(xiàn)的人臉進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)捕獲，其次將檢測(cè)出的人臉與注冊(cè)庫(kù)中的三維人臉數(shù)據(jù)作1：N比對(duì)，最后輸出比對(duì)結(jié)果給業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。

知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集三維人臉照相機(jī)“三維動(dòng)態(tài)人臉識(shí)別系統(tǒng)”主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于使用三維圖像傳感設(shè)備（如三維全臉照相機(jī)）實(shí)現(xiàn)高精度（深度精度在0.2毫米以上）三維人臉數(shù)據(jù)采集建模，用三維人臉數(shù)據(jù)代替二維人臉照片作為識(shí)別底庫(kù)（即三維人臉注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)）。三維人臉識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)是要構(gòu)建一個(gè)三維人臉注冊(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可使用市面上已有的三維人臉數(shù)據(jù)采集設(shè)備（如三維人臉照相機(jī)、三維人臉攝像頭）開(kāi)展此項(xiàng)工作。由于照相機(jī)的數(shù)據(jù)采集精度通常高于小型攝像頭，故針對(duì)具有高等級(jí)防偽要求的應(yīng)用場(chǎng)景建議使用三維人臉照相機(jī)開(kāi)展三維人臉數(shù)據(jù)采集建庫(kù)工作。

三維人臉攝像頭模組

三維人臉照相機(jī)4、使用三維照相機(jī)采集三維人臉數(shù)據(jù)知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集三維人臉照相機(jī)基本結(jié)構(gòu)

序號(hào)部件名稱(chēng)序號(hào)部件名稱(chēng)?左采集單元⑦右下相機(jī)?交互相機(jī)模組⑧光機(jī)?右采集單元⑨光機(jī)④左上相機(jī)⑩機(jī)架⑤左下相機(jī)?電源開(kāi)關(guān)⑥右上相機(jī)?主機(jī)機(jī)箱知識(shí)準(zhǔn)備三維人臉照相機(jī)主要技術(shù)參數(shù)情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集能夠達(dá)到的深度測(cè)量精度、生成的點(diǎn)云模型中所有測(cè)量點(diǎn)間的平均點(diǎn)距，體現(xiàn)了設(shè)備的三維數(shù)據(jù)采集能力；①采集速度、三維重建時(shí)間，則是對(duì)設(shè)備工作效率的反映；②技術(shù)方案、最佳拍攝距離、環(huán)境光照要求、點(diǎn)云輸出格式、設(shè)備功耗則體現(xiàn)的是設(shè)備性價(jià)比。③產(chǎn)品型號(hào)川大智勝HFTD01深度測(cè)量精度≤0.1mm采集速度0.22s三維人臉重建時(shí)間＜8s平均點(diǎn)距0.5mm技術(shù)方案可見(jiàn)結(jié)構(gòu)光投影最佳拍攝距離中間單元73cm環(huán)境光照要求≤220LX（目標(biāo)表面照度）點(diǎn)云輸出格式ply、wrl功耗280W外觀尺寸1500mm×350mm×650mm毛重視各款式定（約25-30KG）知識(shí)準(zhǔn)備三維人臉照相機(jī)的工作原理與操作使用情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集采集開(kāi)始時(shí)，先由光機(jī)向目標(biāo)物投射出結(jié)構(gòu)光，同時(shí)左右兩個(gè)采集單元拍攝獲取目標(biāo)物表面帶有結(jié)構(gòu)光圖案的圖像，并將圖像數(shù)據(jù)傳遞給三維建模單元進(jìn)行處理；三維建模單元利用建模算法完成三維模型重建，并將結(jié)果傳遞三維數(shù)據(jù)管理單元；三維數(shù)據(jù)管理單元接收到三維模型數(shù)據(jù)后，首先進(jìn)行本地保存，同時(shí)或輸出給外接顯示設(shè)備或上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。。三維人臉照相機(jī)采用基于結(jié)構(gòu)光的雙目三維成像工作原理，如下圖所示：知識(shí)準(zhǔn)備使用三維人臉照相機(jī)采集三維人臉數(shù)據(jù)的工作流程

情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集知識(shí)準(zhǔn)備三維人臉采集數(shù)據(jù)情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集將左圖*.data文件其更名為*.zip文件并解壓后，就可以看到其中包含的一個(gè)三維點(diǎn)云文件（.wrl）及若干個(gè)二維圖片文件（.jpg），如下圖所示。。三維人臉采集設(shè)備生成的三維人臉原始數(shù)據(jù)通常由人員ID信息、三維人臉圖像數(shù)據(jù)、二維人臉圖像數(shù)據(jù)三個(gè)部分組成。一般情況，在完成采集操作后三維人臉采集設(shè)備會(huì)將于上述內(nèi)容打包成一個(gè)后綴名為.data的壓縮文件保存在本地，如下圖所示。在實(shí)際工作中，如果要查看采集到三維人臉圖像，我們就必須讀取與指定人員ID相關(guān)聯(lián)的三維點(diǎn)云文件（.wrl），并將其顯示出來(lái)。5、如何衡量三維圖像數(shù)據(jù)質(zhì)量知識(shí)準(zhǔn)備三維人臉模型由三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)組成，二者皆符合要求，則判定三維人臉模型質(zhì)量合格。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集點(diǎn)云質(zhì)量合格判定準(zhǔn)則①臉部齊全，無(wú)明顯缺失。②臉部無(wú)孔洞、毛刺。紋理質(zhì)量合格判定準(zhǔn)則①無(wú)陰陽(yáng)臉現(xiàn)象

②無(wú)大面積過(guò)曝現(xiàn)象

③五官無(wú)錯(cuò)位現(xiàn)象

6、用Python編程實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存

知識(shí)準(zhǔn)備情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集由于數(shù)據(jù)內(nèi)容構(gòu)成的特殊性和文件格式的多樣化，需要使用專(zhuān)業(yè)軟件才能對(duì)三維圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和編輯處理。目前，可通過(guò)下列方法實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的讀、寫(xiě)與顯示。

使用3D仿真設(shè)計(jì)商用軟件SolidworksGeomagicStudioLiDAR360

安裝第三方插件BSContactVRML瀏覽器CosmoWorld瀏覽器

借助支持3D數(shù)據(jù)處理軟件快速開(kāi)發(fā)的開(kāi)源庫(kù)開(kāi)發(fā)相關(guān)應(yīng)用OpenGLOpen3DMatplotlibMeshLab

知識(shí)準(zhǔn)備基于Open3D通過(guò)Python編程來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集Open3D簡(jiǎn)介：作為支持

3D數(shù)據(jù)處理軟件快速開(kāi)發(fā)的開(kāi)源庫(kù)，Open3D前端使用C++和Python公開(kāi)了一組精心選擇的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，后端經(jīng)過(guò)高度優(yōu)化并設(shè)置為并行化。Open3D具有兩個(gè)接口：C++和Python。Open3D由intel公司發(fā)布，其核心功能包括：3D數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)3D數(shù)據(jù)處理算法場(chǎng)景重建表面配準(zhǔn)3D可視化基于物理的渲染（PBR）支持PyTorch和TensorFlow的3D機(jī)器學(xué)習(xí)GPU加速的核心3D操作支持C++和Python。知識(shí)準(zhǔn)備基于Open3D通過(guò)Python編程來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集Open3Dpython版本的安裝與使用：在使用Open3D開(kāi)發(fā)三維圖像處理應(yīng)用軟件前，需要將Open3D安裝到我們的工作電腦上。Open3D預(yù)構(gòu)建的pip和conda包支持操作系統(tǒng)為Ubuntu18.04+，macOS10.14+和Windows10(64-bit)，python版本為3.5，3.6，3.7和3.8。conda是一個(gè)開(kāi)源的包、環(huán)境管理器，可以用于在同一個(gè)機(jī)器上安裝不同版本的軟件包及其依賴(lài)，并能夠在不同的環(huán)境之間切換。通過(guò)pip安裝Open3D

pipinstallopen3d通過(guò)Conda安裝Open3D

condaisntall-copen3d-adminopen3d當(dāng)安裝完成后測(cè)試安裝是否成功

python-c"importopen3daso3d"

如果沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，則安裝成功。知識(shí)準(zhǔn)備基于Open3D通過(guò)Python編程來(lái)實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集用Python編程實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存功能：基于open3d來(lái)開(kāi)發(fā)Python程序，實(shí)現(xiàn)三維圖像數(shù)據(jù)的接收、顯示和保存需要用到下列函數(shù)。read_point_cloud

從文件中讀取點(diǎn)云。它會(huì)根據(jù)擴(kuò)展名對(duì)文件進(jìn)行解碼。write_point_cloud將點(diǎn)云數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定的文件中，并說(shuō)明文件類(lèi)型。draw_geometries可視化點(diǎn)云。可用來(lái)顯示三維點(diǎn)云（PointCloud），三維面片（Mesh）和二維圖像（Image）。在可視化界面打開(kāi)時(shí)，可通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)圖像進(jìn)行縮放，旋轉(zhuǎn)和平移等操作，以便從不同的視角查看圖像；還可以改變圖像的渲染風(fēng)格和進(jìn)行屏幕截圖操作。print()能用來(lái)顯示點(diǎn)云的摘要。PART03案例講解情境2用高清攝像機(jī)采集需要的視頻案例講解使用PythonMatplotlib編程實(shí)現(xiàn)三維人臉圖像（*.wrl）繪制并展示Matplotlib是Python的一個(gè)繪圖庫(kù)，它包含了能夠進(jìn)行2D及3D圖形圖像繪制與展示的各種工具。繪制與展示三維圖像主要是通過(guò)Matplotlibmplot3d模塊實(shí)現(xiàn)。mplot3d模塊下主要包含4個(gè)大類(lèi)，分別是：mpl_toolkits.mplot3d.axes3d()：主要包含了各種實(shí)現(xiàn)繪圖的類(lèi)和方法。mpl_toolkits.mplot3d.axis3d()：主要是包含了和坐標(biāo)軸相關(guān)的類(lèi)和方法。mpl_toolkits.mplot3d.art3d()：包含了一些可將2D圖像轉(zhuǎn)換并用于3D繪制的類(lèi)和方法。mpl_j3d()：中包含一些零碎的類(lèi)和方法，例如計(jì)算三維向量長(zhǎng)度等。mplot3d模塊會(huì)隨著Matplotlib自動(dòng)安裝，使用Matplotlib繪制三維圖像實(shí)際上是在二維畫(huà)布上展示，所以一般繪制三維圖像時(shí)，同樣需要載入pyplot模塊。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集案例講解在使用三維人臉采集數(shù)據(jù)進(jìn)行三維人臉圖像繪制與展示時(shí)，會(huì)經(jīng)常用到mplot3d模塊中的下列幾種三維圖像繪制方法：Plot3D，繪制3維空間的折線圖或點(diǎn)圖Scatter3D，繪制3維散點(diǎn)圖；contour3D，通過(guò)繪制3維等高線來(lái)形成三維模型的輪廓圖plot_surface，繪制三維表面圖；plot_plot_trisurf，對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行三角化，并繪制包含三角形邊的三維表面圖。情境3：三維圖像數(shù)據(jù)采集案例講解用PythonMatplotlib編程實(shí)現(xiàn)三維圖像繪制并展示，一般包括下列5個(gè)步驟：情景3：三維圖像數(shù)據(jù)采集第一步：載入3D繪圖模塊frommpl_toolkits.mplot3dimportAxes3Dimportmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnp#當(dāng)需要使用numpy來(lái)生成三維圖像數(shù)據(jù)時(shí)，則需要導(dǎo)入第二步：創(chuàng)建3D圖形對(duì)象（包括：畫(huà)板對(duì)象figure，坐標(biāo)軸對(duì)象axes）fig=plt.figure()ax=Axes3D(fig)第三步：生成（或?qū)耄┤S圖像數(shù)據(jù)例如：theta=2*np.pi*np.random.random(1000)r=6*np.random.random(1000)x=np.ravel(r*np.sin(theta))y=np.ravel(r*np.cos(theta))z=f(x,y)案例講解用PythonMatplotlib編程實(shí)現(xiàn)三維圖像繪制并展示，一般包括下列5個(gè)步驟：情景3：