基于kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究

《基于kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、页码计算机应用研究第28卷基于Kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究陈晓明，蒋乐天，应忍冬(上海交通大学电子工程系,上海市200240)摘要:三维重建技术是计算机视觉、人工智能、虚拟现实等前沿领域的热点和难点。本文分析了基于Kinect输出的深度数据进行场景的实时三维重建的算法。针对实现过程中出现的深度图像噪声过大的问题，根据其信号结构的特点给出了改进的双边滤波算法。新算法利用已知的深度图像噪声范围，将权值函数修改为二值函数，并结合RGB图像弥补了缺失的深度信息。实验表明，新算法无论在降噪性能还是计算效

2、率上，都大大优于已有的双边滤波，其中计算速度是原始算法的6倍。关键词:实时三维重建；Kinect；三维点云；噪声分析；深度图像；双边滤波；联合双边滤波中图分类号:TP391　　文献标志码:AResearchof3DreconstructionandfilteringalgorithmbasedondepthinformationofKinectCHENXiaoming,JIANGLetian,YingRendong(Dept.ofElectronicEngineering,ShanghaiJiaoTongUniv

3、ersity,Shanghai200240,China)Abstract:3Dreconstructionisoneoftheresearchhotspots.Thispaperanalyzedandimproved3DreconstructionalgorithmusingthedepthinformationfromKinect.Toreducenoise,itproposedanimprovedbilateralfilteringalgorithmbasedonthesignalstructure.This

4、newalgorithmusedatwo-valuedfunctiontocomputetheweightsofthefilter,becausetherangeofdepthimagedatawasalreadyknown.ItalsocombinedtheRGBvaluesanddepthinformationofsurroundingpixelstocomplementsomemissingdepthinformation.Theresultsshowthattheproposedalgorithmhasm

5、uchbetterperformanceandefficiency,namely6timesasfastastheoriginalalgorithm.Keywords:real-time3Dreconstruction;Kinect;3Dpointcloud;noiseanalysis;depthimage;bilateralfilter;jointbilateralfilter页码计算机应用研究第28卷0引言三维重建技术是计算机视觉、人工智能、虚拟现实等前沿领域的热点和难点，也是人类在基础研究和应用研究中面临的

6、重大挑战之一，被广泛应用于文物数字化、生物医学成像、动漫制作、工业测量、沉浸式虚拟交互等领域。现有的三维重建技术，按照获取深度信息的方式，可分为被动式技术和主动式技术。被动式技术利用自然光反射，一般通过摄像头拍摄图片，然后通过一系列的算法计算得到物体的三维坐标信息，如StructurefromMotion[1]和Multi-ViewStereo[2]。StructurefromMotion技术利用不同时间的图像建立对应关系，因此只适用于刚性物体；Multi-ViewStereo技术使用于刚体，但是计算量非常大，现

7、阶段很难做到实时。主动式技术包含一个光源，直接测量物体的深度信息，因而很容易做到实时效果，如采用结构光技术的Kinect[3]和采用TimeofFlight技术的CamCube[4]。而相对于CamCube，采用结构光技术的Kinect价格更便宜，更容易推广。本文着重解决动态场景建模，选用Kinect技术作为三维重建的方法。Kinect具有反应速度快、价格便宜的优点，但是得到的深度图像精度低，并包含大量噪声。因此在三维重建之前需要对得到的深度图像进行滤波，降低噪声。相对于RGB图像滤波，深度图像滤波的研究工作还较

8、少。文献[5]中采用双边滤波的方法降低噪声，采用多图像融合的方法修补未得到的深度信息，取得了很好的效果。但是该方法只适合静态场景，对于动态场景并不适合。对于缺失的深度信息，本文结合RGB图像将其补全，并针对深度图像对双边滤波器进行改进，处理一般的噪声，提高了性能和计算速度。本文首先阐述了三维重建的流程，然后针对重建过程中噪声过大的问题分析并降低噪声，最后给出了实验结果和结