基于Kinect的三维数据融合处理方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及基于Kinect的三维数据融合处理方法。
【背景技术】
[0002] 在风洞模型姿态和变形的光学测量中，粘贴、喷涂图案标记或嵌入发光标记破坏 了模型表面特性，而且在温度压力变化剧烈时很难留存。为了在风洞试验中对模型姿态和 位移测量时不需要对模型进行特别处理，如喷涂或附加标记点，提高对苛刻测试环境如高 温高压条件下的测试能力，需要研究一种新的三维非接触测量方法。
[0003] 微软Kinect设备是一种深度摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克 风输入、语音辨识、社群互动等功能。不需要使用任何控制器，它是依靠相机捕捉三维空间 中模型的运动获得被测模型的三维姿态和变形信息。
[0004] 虽然目前流行的深度信息采集设备采集精度高，但要求的条件往往比较荀刻，再 加上价格和操作复杂等原因，无法达到民用的效果。由于Kinect的红外线摄像头和VGA摄像 头是在不同的位置，而且镜头本身的参数也不完全相同，所以两个摄像机所取得的画面会 有些微小的差异，无法使三维坐标(X，Y，Z)和彩色信息对应模型的同一点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于Kinect的三维数据融合处理方法，能够在复杂环 境下，利用两台Kinect设备获取一组三维点云数据，并通过对两台Kinect空间位置进行标 定，得到转换矩阵，进而将获取的两组三维点云实现数据的融合。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种基于Kinect的三维数据融合处理 方法，包括如下步骤：
[0007] a.用两台Kinect分别获取同一个棋盘标靶的点云数据A和B，并得到相同的40个棋 盘格子点在两组点云中的空间测量坐标;且两台Kinect以棋盘标靶对称放置；
[0008] b.获取点云A转换到点云B所在的空间坐标系下的转换矩阵Mwe，使用最小二乘法， 根据公式Mwc;= (ATA)4ATB得到对应转换矩阵；
[0009] C.将两台Kinect获取的三维点云进行数据融合:将获取A点云的Kinect所得到的 点云数据转换到另一台Kinect所在的世界坐标系下面，公式表述如下:AM we = B。
[0010] 优选的，两台Kinect以棋盘标靶对称放置。
[0011]本发明的优点和有益效果在于：提供一种基于Kinect的三维数据融合处理方法， 能够在复杂环境下，利用两台Kinect设备获取一组三维点云数据，并通过对两台Kinect空 间位置进行标定，得到转换矩阵，进而将获取的两组三维点云实现数据的融合。
[0012] 本发明使用基于OpenNI与Primesense编写的软件结合Kinect获取三维数据点云， 可以使Kinect获取的深度数据(Z)和图像数据(X，Y)能够很好的重合起来。
[0013] 本发明在不破坏模型表面特性的情况下获得模型大变形量、大判读区域的三维姿 态和变形数据，搭建的测量平台三维坐标结果与便携式三坐标仪系统的一致性较好。该方 法不仅能够使其深度数据和图像数据能够很好的重合起来，而且还可以将两个Kinect所获 取的点云数据无误的结合融合到一起。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的不意图；
[0015] 图2是标靶示意图；
[0016] 图3是标革巴标定图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅 用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0018] 如图1至图3所示，本发明具体实施的技术方案是：
[0019] (1)使用计算机（图1中的4)，计算机内置基于OpenNI与Primesense编写的处理软 件，将两台Kinect(图1中的1、2)放置于图1所示的位置，分别获取标靶3正面(如图2所示)棋 盘格的空间三维坐标点。
[0020] (2)对前后放置的两台Kinect(图1中的1、2)空间位置关系进行标定，并获的转换 矩阵;两台Kinect以棋盘标靶对称放置;主要步骤包括：
[0021] a.用两台Kinect (图1中的1、2)分别获取同一个棋盘标靶（图1中的3)的点云数据A 和B，并得到相同的40个棋盘格子点（如图3所示，图3中的5为标定点）在两组点云中的空间 测量坐标為
[0022] b.获取点云A转换到点云B所在的空间坐标系下的转换关系如下：
[0026] 转换矩阵为Mw%使用最小二乘法，根据公式ir-UTAnTB得到对应转换矩阵。IT 表示如下·
[0023] ⑴
[0024] (2)
[0025] (3)
[0027]
(4)
[0028] (3)将两台Kinect获取的三维点云进行数据融合，主要步骤包括，将获取A点云的 Kinect所得到的点云数据转换到另一台Kinect所在的世界坐标系下面，公式表述如下：
实现对模型的全方位非接触三维测量。
[0029]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 基于Kinect的三维数据融合处理方法，其特征在于，包括如下步骤： a. 用两台Kinect分别获取同一个棋盘标靶的点云数据A和B，并得到相同的40个棋盘格 子点在两组点云中的空间测量坐标； b. 获取点云A转换到点云B所在的空间坐标系下的转换矩阵Mwe，使用最小二乘法，根据 公式Mwc:= (Α?Γ^Β得到对应转换矩阵； c. 将两台Kinect获取的三维点云进行数据融合:将获取Α点云的Kinect所得到的点云 数据转换到另一台Kinect所在的世界坐标系下面，公式表述如下:AM W° = B。2. 根据权利要求1所述的基于Kinect的三维数据融合处理方法，其特征在于，两台 Kinect以棋盘标靶对称放置。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Kinect的三维数据融合处理方法，包括如下步骤：a.用两台Kinect分别获取同一个棋盘标靶的点云数据A和B，并得到相同的40个棋盘格子点在两组点云中的空间测量坐标；且两台Kinect以棋盘标靶对称放置；b.获取点云A转换到点云B所在的空间坐标系下的转换矩阵Mwc；c.将两台Kinect获取的三维点云进行数据融合。本发明能够在复杂环境下，利用两台Kinect设备获取一组三维点云数据，并通过对两台Kinect空间位置进行标定，得到转换矩阵，进而将获取的两组三维点云实现数据的融合。
【IPC分类】G06T17/00
【公开号】CN105513128
【申请号】CN201610022247
【发明人】赵维明, 李士伟, 梁磊, 段丕轩, 李雨芮, 任晓波, 岳廷瑞, 尹熹伟, 李小艳, 梁频, 何苗
【申请人】中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月13日