[發明專利]一種基于多Kinect的實時三維人體繪制方法

在審

• 申請號: 201710472292.2
• 申請日: 2017-06-21
• 公開（公告）號: CN107341844A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 劉寶林;李恒宇;丁長權;周思躍;羅均
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T15/08
• 分類號: G06T15/08
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及圖像處理領域，具體涉及一種基于多Kinect的實時三維人體繪制方法。

背景技術

三維人體繪制是計算機圖形學和計算機視覺中一個重要的研究課題，也是一個研究熱點。重建的三維人體模型可應用于虛擬現實，動漫產業，服裝工業、體育運動、醫療等眾多領域。傳統的三維掃描系統目前比較成熟，但系統操作復雜，價格昂貴。微軟的Kinect體積小，價格低廉，易用性較強，單一的Kinect由于視角有限，不能獲取捕捉完整的人體數據。

三維模型的重構可分為兩種：累積從單一的傳感器獲取連續的數據，或校準從多個固定的傳感器獲取的數據。多個傳感器數據的處理核心就是對獲取點云數據進行配準。點云的配準算法可以分為兩大類：成對配準和多視角配準。成對配準每次配準兩個點云，多視角配準算法同時配準多個點云。本方法采用多個Kinect，可以有效的解決單一Kinect的視角問題，獲取完整的人體數據。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出一種基于多Kinect的實時三維人體繪制方法。該方法硬件成本低，操作部署簡單，實時性和準確性高，人體點云完整。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多Kinect的實時三維人體繪制方法，包括如下步驟：

步驟一，采集每一個Kinect中的數據：多臺Kinect通過在不同的視角下采集記錄原始數據，為了360°捕捉到人體的姿態，將Kinect兩兩成360°/n放置，其中n為Kinect的個數，如果要提高繪制人體的質量，降低點云漂移，人與Kinect的距離應該在2-3m的范圍內；每臺Kinect分別記錄彩色圖像，深度圖像；

步驟二，對每一個Kinect做準確的標定：在每次搭建硬件系統的時候只需要進行一次，利用非線性優化法修正鏡頭畸變引起的參數誤差，得到Kinect的內參和外參；然后做Kinect的視場的標定；

步驟三，三維重構和人體檢測：采用區域增長算法獲取人體的輪廓，對圖像進行降噪，利用膨脹和腐蝕消除圖像中的一些噪聲區域，精確人體的輪廓，利用這些數據將人體輪廓轉換為點云數據；

步驟四，人體點云的幾何配準：先對得到的點云進行去噪處理，再基于標定所得到的參數，調整點云，選擇一個參考點云，依次對點云進行粗配準，對調整后的點云利用迭代最近點算法進行精配準，得到完整的點云；

步驟五，完成最后的三維人體繪制。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本方法采用多個Kinect在環繞人體360°，通過網絡連接到一臺主機上，完成多臺Kinect的精確同步，準確標定和三維人體繪制。能夠用于實時的人機交互，與傳統的掃描設備相比，系統搭建的成本遠遠降低，與單臺Kinect直接進行三維人體繪制相比，精度和模型準確性大大的提高，能夠解決一定的遮擋問題。從原始的Kinect得到的點云數據經過幾何配準，以及消除噪聲之后，精度能夠達到要求。

附圖說明

圖1為基于多Kinect的實時三維人體繪制方法流程圖。

圖2為系統硬件示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的具體實施例做進一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種基于多Kinect的實時三維人體繪制方法，包括如下步驟：

步驟一，采集每一個Kinect中的數據：多臺Kinect通過在不同的視角下采集記錄原始數據，為了360°捕捉到人體的姿態，將Kinect兩兩成360°/n放置，其中n為Kinect的個數，本實施例至少需要3臺Kinect。如果要提高繪制人體的質量，降低點云漂移，人與Kinect的距離應該在2-3m的范圍內；每臺Kinect分別記錄彩色圖像，深度圖像；

步驟二，對每一個Kinect做準確的標定：在每次搭建硬件系統的時候只需要進行一次，利用非線性優化法修正鏡頭畸變引起的參數誤差，得到Kinect的內參和外參；然后做Kinect的視場的標定；

步驟三，三維重構和人體檢測：采用區域增長算法獲取人體的輪廓，對圖像進行降噪，利用膨脹和腐蝕消除圖像中的一些噪聲區域，精確人體的輪廓，利用這些數據將人體輪廓轉換為點云數據；

步驟四，人體點云的幾何配準：先對得到的點云進行去噪處理，再基于標定所得到的參數，調整點云，選擇一個參考點云，依次對點云進行粗配準，對調整后的點云利用迭代最近點(iterative closest point，ICP)算法進行精配準，得到完整的點云；