Kinect 距離量測精度測詴與校正

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c i Des i

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(2.6)

2.4 Kinect 距離量測精度測詴與校正

透過 OpenNI 將深度資訊轉換為 Kinect 座標系下的三維座標位置，這些資訊是經

由感測器所得到的觀測量，而觀測值與實際位置的關係並不完全相同，因此在這 裡我們透過實驗將由 Kinect 感測裝置所得到之量測資訊，與實際目標之位置比 較並以線性的漸進曲線降低誤差量，提高特徵點資訊的精確度。

為了瞭解 Kinect 深度資訊在經過 OpenNI 轉換為三維座標資訊，其量測資訊 與實際位置間的關係，我們透過實驗的方式記錄在不同位置的量測結果，此實驗 是以間隔為 30mm×30mm 方格的校正板作為量測的工具，將 Kinect 感測裝置放 在距離目標前從 60cm、90cm 每次隔 30 公分，到距離為 720cm 為止每個位置取 72 個已知點作量測全部共 1656 個目標點，紀錄深度資訊轉換為 Kinect 座標系下 的 Y 方向座標與實際位置的差異，圖 2.11 為校正板在 180cm 時的實際影像。表 2.2 紀錄 Kinect 深度資訊在 Y 方向上不同位置實際與量測位置的平均誤差，圖 2.12 則以折線圖表示本實驗的結果，其中橫軸方向為目標點的實際位置，縱軸方 向為平均的誤差值。

從 60cm 到 720cmＹ方向上的量測結果可以知道經過轉換為三維座標資訊，

Ｙ方向量測距離的誤差隨著距離越遠其誤差值也就越大。為了降低量測的誤差以 式 2.7 一階線性曲線對量測資訊作轉換，其中式 2.7 中 y 為 Kinect 座標系下的量 測資訊，而y_c為經過漸進曲線修正後的座標值。圖 2.13 為轉換後在不同位置上

圖 2.11 校正板與 Kinect 相距 180cm 的取點結果

的平均誤差。

由 60cm-720cm 的量測結果經過漸進曲線式 2.8 的轉換，其誤差值坐落在 10cm 內如圖 2.13，但對於本論文而言，特徵點在環境中位置量測的準確度會影 響機器人定位的結果，因此我們希望得到的三維座標資訊能夠更為精確，同時以 之後應用所需的感測範圍做為考量，因此我們選擇使用的感測距離範圍以 Kinect 深度資訊從 70cm-350cm 作為有效範圍，而做為校正用的資訊是校正板距離 Kinect 感測 裝置 60cm、90cm 每次隔 30 公分，到距離為 330cm 為止共 10 個位

表 2. 2 Kinect 量測 Y 方向實際位置與平均誤差之數值 Y 實際位置(cm) 平均誤差(cm) Y 實際位置(cm) 平均誤差(cm)

60 0.58 420 11.51 90 0.79 450 14.21 120 1.03 480 17.86 150 1.13 510 20.95 180 1.18 540 23.57 210 1.49 570 26.39 240 2.52 600 28.63 270 3.45 630 34.55 300 5.60 660 43.57 330 6.49 690 42.93 360 8.84 720 50.54 390 10.61

圖 2.12 Kinect 量測 Y 方向實際位置與平均誤差之關係圖

0 10 20 30 40 50 60

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720

cm

cm

Y errore

圖 2.13 Y 方向 60cm-720cm 經線性曲線轉換後與誤差之關係圖

y_c = 0.9292y + 13.471 (2.7) 置每個位置取 72 個點總共 720 個目標點做統計，這段距離的資訊以一階線性曲 線做校正，三個維度的資訊分別以式 2.8 做轉換，其中 x、y 和 z 為 Kinect 所取 得的座標資訊，而X_c、Y_c和Z_c則為經過漸進曲線修正後的座標值。

X_c(x) = 1.083x - 0.529 Y_c(y) = 0.9754y + 2.7816 Z_c(z) = 1.0941z - 0.3133 (2.8) 各分項之平均誤差與實際目標位置的結果如圖 2.14 、2.15 以及 2.16 所示，

分別為各方向與對應之平均誤差量之關係圖，而表 2.3、表 2.4 以及表 2.5 則記錄 目標點實際位置與量測資訊間的平均誤差數值，由圖顯示統計結果，Y 方向的平 均誤差約為 1 公分到 2 公分，Ｘ方向和Ｚ方向的平均誤差則在 1 公分以內。 X 方向經過轉換後的座標資訊其實際距離與平均誤差的關係如圖 2.14，而圖 2.15 以及圖 2.16 則分別表示 Y 方向以及 Z 方向實際距離與平均誤差之間的關係。