基于Kinect的三维场景重建研究

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1、中图分类号I￡兰!笙UDC620硕士学位论文学校代码!Q堇圣三密级公珏基于Kinect的三维场景重建研究Researchonthethree．dimensionalscenereconstructionbasedonkinect作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：王君控制工程三维重建信息科学与工程学院唐瓒论文答辩日期翟垡!!二§答辩委员会主席中南大学二。一三年五月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写

2、过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：互壶学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：——导师签名基于Kinect的--维场

3、景重建研究摘要：三维重建是指对三维物体或者场景建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。本文首先简单介绍了利用Kinect获取的深度信息对场景进行三维重建的一般流程，然后介绍了深度图像对应点集配准的算法原理，提出一种改进的配准算法。ICP(IterativeClosestPoint)算法是目前最常用的深度图像配准算法，但ICP算法对两幅待配准深度图像初始相对位置要求较高，它们之间的初始位置不能相差太大，否则，ICP的收敛方向是不确定的，因而配准结果

4、也是不可靠的，ICP算法很可能收敛于局部最优点，故初始相对位置对结果具有决定性影响，为此本文提出了一种基于改进ICP的配准算法。。本文重点分析ICP以及其优化算法的优缺点，通过对ICP算法的配准元素方面、搜索策略和配准成功率方面进行改进，提高配准效率，并运用这种改进的ICP算法来对深度数据进行精确配准。在配准过程中，对ICP算法的配准元素方面，本文通过对采集的原始点云数据进行滤波、去噪处理，在大幅度减少点云数据大小的同时对点云数据进行优化，为关键点提取提供一个完好的点云数据。再对这两片点云数据利用相同的方法分别提取NARF(NormalA1ign

5、edRadialFeature)关键点，从而减少点云数据量，然后利用可以表达场景特征的少量的关键点来进行配准，来满足两幅深度图像之间快速精确的配准的要求，从而提高配准速度和效率。在搜索策略上，本文提出了一种基于启发式思想的改进kd-tree最近邻查询方法，该方法对最近邻查询法的改进，提高了查询效率，加快了查询速度，缩短查询对应点的时间，从而提高了配准的速度。在配准成功率方面，本文采用随机采样一致性(RandomSampleConsensus，RANSAC)估计剔除错误对应关系。这样可以使对应关系数量只使用一定比例的对应关系，这样既能提高变换矩阵的

6、成功率也可以提高配准速度。最后通过对本文改进的ICP配准算法与原始迭代最近点和其他ICP优化算法的实验比较表明，该改进算法易于实现、并且比起其他ICP改进算法来更为快捷，配准成功率更高。通过总结课题的研究工作，在本文最后还指明了下一步有必要深入开展的研究方向。关键词：Kinect；三维重建；深度图像；配准；迭代最近点算法分类号：TP274Reserchonreconstructionofthree．dimensionalscenesbasedonKinectABSTRACT：Three—dimensionalreconstructioniSama

7、thematicalmodelthatwouldbesuitabletocomputerrepresentationandprocessingforthree—dimensionalobjectsorscenes，itisalsoakeytoexpressionoftheobjectiveworldofvirtualrealitytechnologyinComputers．Thepaperintroducesprocessofgetting3DmodelsusingrangeimagesobtainedfromtheKinect，introduc

8、esthetheoryprincipleofcorrespondingpointsregistrationandproposedanim