摘要：
微软空间扫描设备
kinect
测距数据会产生随机跳变误差。
误差原的分析
因为实验验证了跳变误差随距离增加曲线上升的特点。设计了一个基于像素过滤器来纠正误差
波技术误差修正算法。
在
kinect
在有效距离内连续观察三个待测物体的空间深度数据和滤波数
根据实验证正在使用
10
帧深度数据可以使跳变误差
1.5m
以内的跳变误差控制在
5mm
以
内；
1.5
～
3m
大多数随机跳变误差控制在
10mm
以内；超过
3m
随机误差均匀分布在
25mm
以内。
关键词:随机跳转；深度数据；滤波；
kinect
中图分类号：
tp311
文献标识码：
a
文章编号：
1009-3044
(
2014
)
22-5328-05
1
概述
在监控、机器人技术和医学等应用领域，三维空间深度数据具有巨大的潜力。目前，阻碍这一应用
专业设备使用的主要原因是价格昂贵。引进入门级低成本空间传感技术设备是为了促进这一应用
的关键
[1]
。微软于
2010
每年推出体感设备
kinect
，该设备主要用于
xbox
与用户一起玩游戏
自然交互，
不需要任何辅助设备
[2]
。
然而
kinect
数据捕获的特点吸引了外国研究人员
其他领域
[3-11]
进行研究。
国内研究人员也是对的
kinect
在医疗、
教育、
人体识别和空间建模等
该领域进行了相关研究
[16-28]
。
kinect
传感器可以同时捕捉深度和彩色图像
30
fps
帧速率的深度和颜色数据，
其中包含约
30
万点的点云数据整合在每一帧。
入门级设备低成本的代价是降低对空间数据精
度的控制。
kinect
该设备的成功主要功于空间深度数据的测量，
然而，其空间测量主要是
由于设备发射器和接收器没有重叠，获得的深度图像有两个误差
深度图像黑洞是一种伪影现象，由于物体无法阻止接受器接收反射数据而产生；另一个是
对于物体测距不稳定而产生随机跳变现象。前人的研究大多主要针对“伪影”的消除进行了
对随机跳变现象的研究相对较少。为了实现传感器在应用程序中的深度
对随机跳变的误差分析和滤波研究进行高精度数据控制是必要的。
本文首先介绍
kinect
深度测距的原理及其误差的原因，
测试误差，
然后
滤波研究跳变误差，使深度数据误差能够控制在一定的精度范围内。
2kinect
随机跳误误差分析
kinect
是微软在
2010
年
6
月
14
日对
xbox360
体感周边外设正式发布的名称，
其设备如
图
1
所示。
kinect
有三个摄像头，
中间一个是
rgb
相机用于获取
640*480
彩色图像，
每秒最多
30
帧图像；
深度传感器在两侧，
红外发射器在左侧，
右边是红外线
接收器测玩家相对位置的接收器。
kinect
两侧是一组生源定位和四元麦克风阵列
语音识别；下面还有一个内置电机底座，可以调整俯仰角。
kinect
收集三维图像的光学部分主要包括两个部分：
红外发射器和红外发射器
/vga
摄像头
组。
其工作原理
[14]
是，
红外发射器发出红外覆盖整个红外发射器
kinect
可视范围，
摄像头组接
收集反射回光来识别玩家的距离和特征。
红外摄像头能识别的是物体
“深度场”
(
depth
field
)
，每个像素的颜色代表物体与摄像头平面的距离。如图所示
2
是实验
室内不同空间距离物体的空间深度图。靠近相机的物体是浅色的，而远离相机的物体是浅色的
深灰色。
然而
kinect
获取的空间深度数据不稳定，
使用帧差法即将使用当前帧和前一帧的深度数据
在有效取值(
0.8
～
4
米)数据等值判断:如果深度数据没有变化，蓝色用于改变坐标点
显示，
若不等则用白色显示，
用原值显示其他区域。
如图
3
所示
kinect
室内场景
大量白色噪声点出现在空间深度数据中，
随着时间的变化，这些白色噪声随机出现在不同的位置，
在连续观察下呈现跳动的视觉效果，即随机跳变。
kinect
三角测量原理
[12]
如图
4
所示。
图中
b
为基线距离，
即红外投影仪和红外相机