[发明专利]基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维空间构建技术领域，具体地说，是一种基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法。

背景技术

视觉是获知外界物体的形状、亮度、颜色的等重要信息的渠道，研究表明人类80％以上的外界信息是通过视觉获得。近年来，计算机视觉技术的不断发展，可代替人类眼睛完成对目标物体的识别以及跟踪测试的功能。尤其是通过计算机视技术研究三维空间成为现在研究的热点。

三维空间研究内容非常广泛，包含有以数字城市为目的的城市环境模型构建，建筑物、文物或艺术品的模型构建，大型室内环境模型的构建以及医学图像的三维表面模型的构建；移动机器人在未知室内环境的三维感知问题；以及立体测量等。

传统的三维空间地图构建方法主要有两种：一种是CAD建模，但其人力成本高，建模周期长，另一种是使用类似于激光扫描仪等复杂的传感器，虽然能满足对地图构建精度的要求，但是设备造价昂贵，构建成本过高。

中国专利文献CN201310302977.4，申请日2013年07月18日，专利名称为“基于Kinect相机的术中实时注册的方法”，公开了一种基于Kinect相机的术中实时注册的方法，包括如下步骤：在患者腹部粘贴标记点；扫描患者腹部，获取患者腹部的术前图像；在术前图像中提取术前标记点；利用Kinect相机获取患者腹部的术中图像，所述术中图像包括在患者腹部设置的标记点的图像信息；在术中图像中提取术中标记点；对术前标记点与术中标记点作配准得到术前图像与术中图像之间的变换关系。上述基于Kinect相机的术中实时注册方法能够自动计算标记点在术前图像及术中图像中的位置，避免了手动取点的过程，同时整个注册过程对人体不具有伤害性，且通过Kinect相机采集到的术中图像只有很小的误差，从而有效降低配准误差，最终得到术前图像与术中图像之间的变换关系并用于手术导航系统中。

中国专利文献CN201410456796.1，申请日2014年09月10日，专利名称为“一种基于SIFT和LBP的点云配准的接触网三维重建方法”,公开了一种基于SIFT和LBP的点云配准的接触网三维重建方法，通过体感外设Kinect获取待重建接触网零部件所在环境初始三维点云数据，对其进行去噪、简化、分割聚类、融合等预处理操作，得到待重建接触网零部件单视角点云数据；然后采用SIFT算法进行关键点提取，并运用均匀模式LBP特征构建关键点描述向量，依照向量间的距离确定不同点云中关键点间对应关系；接着利用粗配准和ICP精配准法完成点云配准，获得待重建接触网零部件完整三维点云数据；最后利用泊松曲面重建法完成三维重建，得到三维模型。本发明方法针对点云配准是影响三维重建速度的关键步骤这一重要因素，运用均匀模式LBP特征来构建关键点描述向量，从而降低向量维数，加快对应关系匹配速度，加速配准，从而提高三维重建的速度。但是关于基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法目前还未见报道。

综上所述，亟需一种对室内空间进行扫描重建室内环境，建立三维空间环境，成本低、丰富彩色纹理信息的基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种对室内空间进行扫描重建室内环境，建立三维空间环境，成本低、丰富彩色纹理信息的基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法，包括以下步骤：步骤S1，基于light coding的Kinect成像技术获取视场空间的各个点的三维坐标，构成单幅点云，且进行点云处理，获取点云数据；步骤S2，基于ICP算法的点云配准技术统一点云数据到同一坐标系下；步骤S3，基于Octree的点云压缩及可视化技术,提升点云读写速度、减少数据的存储空间；步骤S4，基于贪婪三角化的点云曲面重建技术，获取无序离散点云，构建出空间物体的模型。

所述步骤S2中采用ICP算法结合K维树数据结构处理，加快算法的收敛速度。

所述步骤S4中基于OpenNI框架驱动Kinect，获取原始深度数据及RGB数据，获取得到标准数据，利用步骤S1和步骤S2中的点云处理及配准算法，构建出三维空间的模型，基于QT框架实现用户的可视化。

本发明优点在于：

1、本发明的一种基于Kinect视觉技术的三维空间地图构建方法，与传统采用激光扫描等技术相比，本发明在成功实现三维地图构建的同时，成本与能源消耗上都大大降低。