[發明專利]基于Kinect的室內場景三維重建方法

有效

• 申請號: 201710014728.3
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106803267B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 盧朝陽;丹熙方;李靜;矯春龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/55;G06T15/00;G06T17/30
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

1.一種基于Kinect的室內場景三維重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.深度數據去噪及降采樣：

設定計時器t，開始計時，使用Kinect獲取室內場景中物體一幀的深度數據，采用聯合雙邊濾波方法，對此深度數據進行去噪，將彩色圖像和深度圖像相結合，補全缺失的深度圖像，并通過降采樣獲得多個分辨率的深度數據；

步驟2.獲取當前幀點云數據，并計算出該幀內各點的法向量：

根據Kinect的相機參數得到從圖像坐標系到相機坐標系的變換矩陣，利用此變換矩陣和多個分辨率的深度數據計算得到室內場景中物體的當前幀點云數據，使用特征值估計(eigenvalue estimation)計算出當前幀點云數據各點的法向量；

步驟3.獲取當前幀點云數據的全局數據立方體并計算預測點云數據：

利用截斷符號距離函數將當前幀點云數據轉換到全局數據立方體的體素中，并利用光線投影算法結合初始點云配準矩陣，計算得到全局數據立方體的預測點云數據和預測點云各點的法向量，初始點云配準矩陣設定為單位矩陣；

步驟4.兩幀點云數據的融合配準：

4.1移動Kinect，返回執行步驟1—步驟2,再次獲取一幀室內場景中物體的點云數據并計算出該幀內各點的法向量；

4.2使用ICP算法結合當前幀獲取的點云數據、法向量和上一幀獲取的預測點云數據、預測點云法向量計算，得到一個點云配準矩陣，并用該點云配準矩陣更新當前點云配準矩陣，用于計算點云配準變換矩陣，具體包括：

4.2.1使用ICP算法，采用最低分辨率的深度數據和預測點云數據，計算得到點云配準變換矩陣；

4.2.2然后在此點云配準變換矩陣的基礎上，利用更高一級分辨率的深度數據和預測點云數據，逐級計算獲得更準確的點云配準變換矩陣，并用于更新當前的點云配準矩陣；

4.3采用TSDF算法進行點云融合，通過當前點云配準矩陣更新全局立方體的體素，將當前幀點云數據融合到全局立方體中；

4.4利用光線投影算法結合當前點云配準矩陣，計算得到全局數據立方體的預測點云數據和預測點云各點的法向量；

步驟5.多幀點云數據的融合配準：

返回步驟4，重復執行步驟4，逐幀獲取數據，將新獲取的每一幀點云數據融合到全局立方體中，直到計時器t達到設定時間，設定時間為1到3分鐘，停止獲取點云數據，得到配準好的點云數據；

步驟6.配準好的點云數據的渲染：

通過等值面提取算法(Marching Cubes)對配準好的點云數據進行渲染，構建出室內場景中物體的三維模型，完成室內場景三維重建。

2.根據權利要求1所述的一種基于Kinect的室內場景三維重建方法，其特征在于，步驟4.3中采用TSDF算法進行點云融合，包括：

4.3.1TSDF算法用一個立方體柵格來表示3維空間，立方體中的每一個柵格存放的是該柵格到物體模型表面的距離D和權重W；

4.3.2用正負來表示在表面被遮擋一側和可見一側，而過零點就是表面上的點；正值表示室內場景物體可見一側，負值表示室內場景物體被遮擋一側；

4.3.3通過此權重W來融合全局點云數據和當前幀點云數據，這些點云數據都是通過降采樣獲得的數據。