基于Kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究-计算机应用研究.PDF

第３０卷第４期 计 算 机 应 用 研 究 Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４ ２０１３年４月　 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒｓ Ａｐｒ．２０１３ 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２００２４０） 摘　要：分析了基于Ｋｉｎｅｃｔ输出的深度数据进行场景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，新算法无论是在降噪性能还 是计算效率上，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；ＴＰ３０１．６　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００１３６９５（２０１３）０４１２１６０３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３６９５．２０１３．０４．０６９ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄｏｎｄｅｐｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＫｉｎｅｃｔ ＣＨＥＮＸｉａｏｍｉｎｇ，ＪＩＡＮＧＬｅｔｉａｎ，ＹＩＮＧＲｅｎｄｏｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄ３ＤｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｉｎｇｔｈｅｄｅｐｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍＫｉｎｅｃｔ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅ ｎｏｉｓｅ，ｉｔｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｂｉｌａｔｅｒａｌｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｇｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓｎｅｗａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｄａｔｗｏｖａｌｕｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｔｏｃｏｍｐｕｔｅｔｈｅｗｅｉｇｈｔｓｏｆｔｈｅｆｉｌｔｅｒ，ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｄｅｐｔｈｉｍａｇｅｄａｔａｗａｓａｌｒｅａｄｙｋｎｏｗｎ．Ｉｔａｌｓｏｃｏｍｂｉｎｅｄｔｈｅ ＲＧＢｖａｌｕｅｓａｎｄｄｅｐｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｐｉｘｅｌｓｔｏｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｓｏｍｅｍｉｓｓｉｎｇｄｅｐｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓｍｕｃｈｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｎａｍｅｌｙ６ｔｉｍｅｓａｓｆａｓｔａｓｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅａｌｔｉｍｅ３Ｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；Ｋｉｎｅｃｔ；３Ｄｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄ；ｎｏｉｓｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｄｅｐｔｈｉｍａｇｅ；ｂｉｌａｔｅｒａｌｆｉｌｔｅｒ；ｊｏｉｎｔｂｉｌａｔｅｒａｌ ｆｉｌｔｅｒ 　　三维重建技术是计算机视觉、人工智能、虚拟现实等前沿 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 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 深度信息，取得了很好的效果。但是该方法只适合静态场景， 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 对于动态场景并不适合。对于缺失的深度信息，本文结合 制作、工业测量、沉浸式虚拟交互等领域。现有的三维重建技 ＲＧＢ图像将其补全，并针对深度图像对双边滤波器进行改进， 术，按照获取深度