[发明专利]基于Kinect fusion的高精度深度图像获取方法

说明书

本发明公开了一种基于Kinect fusion的高精度深度图像获取方法，其包括获取深度图像与彩色图像数据，三维重建形成空间点云，将插值结果映射到二维图像并进行灰度化处理，对灰度图像进行线性变换，在设定的深度区间内拉伸灰度域，对图像信息点坐标进行转换，形成新的深度图像，从而大大提高了深度图像的分辨率和精确度。

技术领域

本发明属于机器视觉技术领域，具体涉及一种基于Kinect fusion的高精度深度图像获取方法。

背景技术

物体的三维重建是一种根据多张二维视图重建物体三维信息的过程。三维重建在计算机图形学、计算机视觉、医学图像处理、虚拟现实、体感游戏等领域获得众多应用。

为了使计算机生成三维位物体模型，通常情况采用的方法是通过二位维图像、投影等获取真实物体的几何形状，然后根据三位维建模方法如摄像机标定、数据点云化、点云拼接、特征分析与提取、立体匹配等过程等。

Kinect是微软在游戏领域推出的体感周边外设，集成了深度相机、红外相机、彩色相机。通过Kinect采集的深度数据进行三维重建，大大降低了三维重建的成本，使得普通用户可以研究、使用三维重建技术带来的便利。

Kinect fusion是微软研究院利用Kinect进行的三维重建项目。用户可以通过Kinect相机进行场景绘制并实时查看3D模型，Kinect fusion在GPU上以交互式速率运行，并且可以在各种硬件上以非交互式速率运行。Kinectfusion使用ICP算法将多帧不同位姿深度数据融合到前帧，并使用TSDF算法进行点云融合和立方体重建，重建结果具有平滑、噪声小、精度高等优点。

通常情况下，直接使用深度相机采集到的深度图像分辨率低、噪声大、精度低，而利用Kinect fusion可以获得的高精度三维数据，但是kinectfusion所获得的三维数据为点云形式，点云数据量巨大，直接处理很难达到实时效果，并且不能运用比较成熟的二维图像处理算法。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种简单可行的基于Kinect fusion的高精度深度图像获取方法。

本发明的技术方案是：一种基于Kinect fusion的高精度深度图像获取方法，包括以下步骤：

A、获取深度图像与彩色图像数据；

B、对步骤A中获取的深度图像和彩色图像进行三维重建形成空间点云；

C、对步骤B形成的空间点云进行Delaunay三角剖分和线性三角内插值处理；

D、将步骤C得到的插值结果映射到二维图像，并对二维图像进行灰度化处理；

E、对步骤D得到的灰度图像进行线性变换，在设定的深度区间内拉伸灰度域；

F、根据空间点云坐标系与深度图像坐标系的坐标转换关系，对步骤E处理后的图像信息点坐标进行转换。

进一步地，所述步骤B对步骤A中获取的深度图像和彩色图像进行三维重建形成空间点云，具体包括以下分步骤：

B1、将深度图像连续帧以无符号短整形转换为浮点格式的深度帧，并设置最小和最大深度阈值对输入数据进行裁剪；

B2、平滑深度图像数据，通过将投影关联在重建立方体中计算点云，并通过ICP算法对齐两组重叠的方向点云并计算相机的相对位置；

B3、将深度浮点数据和彩色图像数据从步骤B2得到的相机的相对位置融合到重构立方体中；

B4、根据点云中点位置和曲面法线从点云帧生成着色图像，完成三维重建形成空间点云。