基于kinect的三维重建方法研究

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1、基于kinect的三维重建方法研究Researchof3DReconstructionMethodBasedOnKinect工程领域：电子与通信工程作者姓名：姚静娴指导教师：何凯副教授企业导师：张贤宗副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十一月摘要三维重建是利用多个二维图像或深度照相机等仪器设备，来确定物体的空间位置信息及立体几何形状。前者主要基于立体匹配算法来实现，计算复杂，运算时间长，这在很大程度上限制了它在实际工程中的应用；而后者主要基于相关仪器来实现，如TOF，MicrosoftKinect这类深度相机，价格低廉，外形小巧，在实际工程中得到了广泛应用。其中Kinect可通过摄像机直

2、接获取物体或者场景的三维信息，并重建出特定目标的三维模型，本文重点针对Kinect的三维重建方法开展相关研究。论文首先介绍了Kinect的工作原理及误差特点，以及对Kinect获取的初始深度图像进行校正及优化方法，针对传统双边滤波无法对缺失信息进行填充的缺点，本文对传统方法进行了改进，实现了对深度图像中缺失深度值的自动填充，并利用仿真实验证明了本文方法的有效性。其次，论文提出了一种优化算法，即首先对深度图像和RGB图像进行校正和对齐，之后采用区域增长算法将深度图像边界生长至彩色图像边界，并实现该区域内错误深度值的自动剔除。论文重点介绍了基于快速行进算法的改进深度图像修复方法，包括最大深度值权

3、重参数和图像修复优先权权重的改进算法。最后，利用改进后的双边滤波算法对深度图像进行了滤波处理。仿真实验结果表明，基于改进后的深度图像优化算法，在图像物体边界和图像准确度方面可以获得比较理想的重建效果。论文最后介绍了利用优化后的深度图像进行三维物体曲面重建的过程；首先介绍了重建目标的提取过程，以及将二维图像坐标转换为三维点云的相关方法；其次，为了将多幅不同坐标下的点云统一到同一坐标系下，本文采用ICP算法对多幅点云进行了配准和融合；最后采用贪婪投影三角化算法对物体的点云数据进行处理，以重建出光滑的三维物体曲面模型。仿真实验结果表明，本文方法可以准确的提取前景目标，能够实现对多幅点云的配准和融合

4、，重建出了光滑的三维物体表面模型。关键词：Kinect；三维重建；双边滤波；ICP算法；图像修复ABSTRACTThree-dimensional(3D)reconstructionistodeterminethespatiallocationorstereogeometricalshapeofobjectsbasedonmultipletwo-dimensional(2D)imagesorequipmentlikedepthcamera.Theformerisbasedonstereomatchingalgorithms,whichisalwayscomplexandtime-consum

5、ing,thusgreatlylimitstheapplicationinrealprojects.However,thelatterisbasedonrelativedevices,suchasTOForMicrosoftKinect,andiswidelyusedduetoitslowpriceandcompactshape.Withitscamera,Kinectcandirectlyobtainthe3Dinformationoftheobjectsorscene,andthenreconstructa3Dmodel.Thispapermainlyfocusesonthestudyo

6、f3DreconstructionmethodbasedonKinect.First,thisthesisintroducestheworkingprincipleanderrorcharacteristicsofKinect,describesthecorrectionandoptimizationmethodofinitialdepthimagesobtainedbyKinect.Fortheshortcomingoftraditionalbilateralfiltering,itisimprovedinthisthesistofulfillthelostdata.Theeffectiv

7、enessoftheproposedmethodisprovedbytheexperimentalresults.Andthen,weproposeanimprovedmethod,itcancorrectandalignthedepthandRGBimage,growtheboundaryofdepthimagetothatofcolorimageusingregiongrowingalgorithm,an