CN104567720A - 消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置。Kinect相机组件套在静止杆件上，包括Kinect结构光深度摄像机和四个偏心振动直流电机，Kinect结构光深度摄像机插套在Kinect固定架内，Kinect固定架经连接架与紧固夹持架连接，紧固夹持架套在静止杆件上，Kinect固定架顶面的两侧对称各安装有偏心振动直流电机，Kinect固定架底面的两侧对称各安装有偏心振动直流电机，偏心振动直流电机的转动轴与Kinect结构光深度摄像机的光轴方向相同。本发明消除了多台Kinect结构光深度摄像机使用中的相互干涉，具有结构简单，成本低廉的特点，且能获得较高质量的深度图像用于空间三维点云的计算。

Description

消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置

技术领域

本发明涉及三维重建领域的数据获取，特别是涉及一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置。

背景技术

三维重建是将现实空间中的实物通过一定的技术进行数据采集，获得实物的空间点云并转化为数字模型。目前，广为使用的三维重建技术一般使用激光扫描或是结构光扫描获得空间点云。激光扫描三维重建具有较高的精确度，但是其价格昂贵且设备体积庞大，不适用于一般的开发者；结构光扫描的原理是将脉冲光线通过光栅装置后进行编码，编码后的结构光投影到物体表面并被摄像机捕获，通过解码并计算相位获得物体的空间点云。一般的结构光扫描设备价格昂贵，且工作性能受光照和物体表面特性的影响较大。

Kinect深度摄像机的推出极大的降低了三维重建的成本，且能获得理想的空间点云精度。Kinect深度摄像机本质上是一种结构光摄像机，不同于传统结构光摄像机的是，Kinect深度摄像机使用的是一种名为光编码的扫描技术，其发射的光源是通过体编码的红外激光散斑，红外激光散斑照射到物体表面后形成衍射斑点，然后通过一个CMOS传感器捕获衍射斑点，并由此获得空间的深度图像，实物的空间点云信息可以从深度图像中计算获得。对于单台Kinect结构光深度摄像机，其获取的空间深度图像在一定测量距离内(1220mm～3810mm)能反应空间的真实场景；但当多台Kinect结构光深度摄像机同时工作时，由于每台Kinect结构光深度摄像机所发出的红外激光具有相同的波长(830nm)，因此不同设备发出的红外激光的重叠部分会产生干涉，并对衍射斑点产生影响，使得CMOS传感器捕捉到的信息并不准确。当同时工作的Kinect结构光深度摄像机达到3台及以上时，会对单个摄像机获得的深度图像产生很大噪声，甚至产生图像空洞。

目前已有一些通过Kinect结构光深度摄像机获取实物的空间点云信息并进行三维重建的方法。对于多台Kinect结构光深度摄像机同时使用的情况，一般是通过安排不同Kinect结构光深度摄像机的空间摆放位置或角度来减少红外激光重叠和干涉，或是通过图像填补技术对有空洞的深度图像进行填补。这使得Kinect结构光深度摄像机的使用受到了很多限制。

对于多台静止的Kinect结构光深度摄像机，由于发射的红外激光散斑具有相同波长，会在重叠部分产生干涉。但是当一台Kinect结构光深度摄像机以一定速度移动时，其产生的激光散斑对于其他Kinect结构光深度摄像机来说是模糊的，而且这样模糊的数据并不会被其他Kinect用来计算深度图像，所以不会对其他Kinect结构光深度摄像机产生影响。但是移动Kinect结构光深度摄像机就需要对摄像机的空间位置进行不断地标定，这会使三维重建***的复杂性增大而难以实现。

发明内容

针对上述提到的多台Kinect结构光深度摄像机同时使用时会产生相互干涉的现象，本发明提出了一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括套在静止杆件上的Kinect相机组件，Kinect相机组件包括Kinect结构光深度摄像机和四个用于振动消除干涉的偏心振动直流电机，Kinect结构光深度摄像机插套在Kinect固定架内，Kinect固定架经连接架与紧固夹持架连接，紧固夹持架固定套在静止杆件上，Kinect固定架顶面的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机，Kinect固定架底面的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机，偏心振动直流电机的转动轴与Kinect结构光深度摄像机的光轴方向相同。

所述的偏心振动直流电机包括直流电机和固定在直流电机转轴上的偏心块，四个直流电机均通过电机固定架固定在Kinect固定架上。

装置包括多个所述的Kinect相机组件，多个Kinect相机组件套在同一静止杆件上，三个Kinect相机组件沿竖直方向上下固定。

所述的Kinect固定架前端设有用于供Kinect结构光深度摄像机红外激光发射器和CMOS传感器穿过的孔。

本发明的有益效果是：

本发明消除了多台Kinect结构光深度摄像机使用中的相互干涉，使得在多台静止的Kinect结构光深度摄像机同时工作情况下，一台深度摄像机产生的激光散斑相对其他Kinect结构光深度摄像机来说变得模糊从而不会被用来计算深度图像，也并不需要对摄像机的空间位置进行不断地标定，减少了标定工作的麻烦。

与传统方式相比，本发明具有结构简单，成本低廉的特点，且能获得较高质量的深度图像用于空间三维点云的计算。

附图说明

图1是本发明的立体图。

图2是本发明去掉Kinect结构光深度摄像机后的立体图之一。

图3是本发明去掉Kinect结构光深度摄像机后的立体图之二。

图4是本发明实施例的使用状态示意图。

图5为本发明实施例装置使用效果对比图。

图6为本发明实施例偏心振动直流电机使用不同电源电压和电机个数的效果对比图。

图中：1、Kinect结构光深度摄像机，2、Kinect固定架，3、偏心振动直流电机，4、电机固定架，5、连接架，6、紧固夹持架。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括套在静止杆件上的Kinect相机组件，Kinect相机组件包括Kinect结构光深度摄像机1和四个用于振动消除干涉的偏心振动直流电机3，Kinect结构光深度摄像机1插套在Kinect固定架2内，Kinect固定架2经连接架5与紧固夹持架6连接，紧固夹持架6固定套在静止杆件上，Kinect固定架2顶面后部的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机3，Kinect固定架2底面后部的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机3，偏心振动直流电机3的转动轴与Kinect结构光深度摄像机1的光轴方向相同，Kinect固定架2顶面的两个偏心振动直流电机3分别与Kinect固定架2底面的两个偏心振动直流电机3对称，四个偏心振动直流电机对称分布在Kinect后部上下左右四个位置。

上述偏心振动直流电机3包括直流电机和固定在直流电机转轴上的偏心块，四个直流电机均通过电机固定架4固定在Kinect固定架2上。

本发明可包括多个所述的Kinect相机组件，多个Kinect相机组件套在同一静止杆件上，三个Kinect相机组件沿竖直方向上下固定。

Kinect固定架2前端设有用于供Kinect结构光深度摄像机1红外激光发射器和CMOS传感器穿过的孔，保证Kinect结构光深度摄像机1的红外激光发射器和CMOS传感器可以不受遮挡。

如图1所示，偏心振动直流电机3通过电机固定架4连接在Kinect固定架2上，其中电机固定架4与Kinect固定架2通过螺栓紧固，保证偏心振动直流电机3固定在Kinect固定架2上不移动。

如图2所示，Kinect结构光深度摄像机1通过插套方式安装在Kinect固定架2上，Kinect固定架2通过连接架5与紧固夹持架6相互固定，如图3所示。Kinect固定架2与连接架5使用螺栓紧固，保证Kinect结构光深度摄像机1完全紧固在Kinect固定架2上。

偏心振动直流电机3使用直流电源驱动，Kinect结构光深度摄像机1工作时，启动偏心振动直流电机3，偏心振动直流电机3带动Kinect固定架2和紧固在Kinect固定架2上的Kinect结构光深度摄像机1振动，使得Kinect结构光深度摄像机1发射的红外激光散斑在空间不断变化，从而无法被其他Kinect用来计算深度图像。

偏心振动直流电机3的转动轴与Kinect结构光深度摄像机1的光轴方向一致，使得Kinect结构光深度摄像机1的振动方向与光轴方向垂直，从而使得Kinect结构光深度摄像机1发射的红外激光散斑有最大程度的空间变化。四个偏心振动直流电机3对称分布，使得装置可以保持平衡。整个装置通过紧固夹持架6固定在静止的杆件上，使得整个装置不会在空间上产生明显的位移，这样只需对Kinect结构光深度摄像机1在初始时进行空间标定即可。

对于不同的Kinect结构光深度摄像机1，使用不同的振动频率可以保证各自发出的红外激光散斑无法被其他Kinect用来计算深度图像。装置振动频率可以通过调节偏心振动直流电机3的转动频率改变，即通过调节偏心振动直流电机3的电源电压改变。同时，通过调整偏心振动直流电机3的使用个数，可以调整装置的振动幅度，不供电的偏心振动直流电机3对装置整体起到了平衡作用。

本发明的具体实施例和实施过程如下：

如图4所示，采用三个所述装置通过紧固夹持架6固定在静止的杆件上。调节每个装置的偏心振动直流电机3的电源电压和使用个数，实施例的摄像头的上下左右四角均装有电机固定架，使得装置具有不同的振动频率和振动幅度，从而每个Kinect结构光深度摄像机1发出的红外激光散斑无法被其他Kinect用来计算深度图像，从而起到了消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的作用。

图5(a)为使用1台Kinect所得到的深度图像，图5(b)为同时使用2台未安装本发明装置的Kinect时所得到的深度图像，此时深度图像已有较多的噪声产生；图5(c)为同时使用3台未安装本发明装置的Kinect时所得到的深度图像，此时的深度图像除了噪声外，甚至产生了图像空洞。图5(d)为单台Kinect使用所述装置后得到的深度图像，此时深度图像的噪声明显降低，并且图像空洞减少。图像噪声和图像空洞可用其占整幅图像的面积比，即空洞率表示，上述各个情况下的空洞率如表1所示。

表1实施例装置使用前后的空洞率

Kinect使用个数	1	2	3	3
					是否消除干涉	否	否	否	是
空洞率	-	11.30％	11.88％	6.61％

不同的电源电压和所使用偏心振动直流电机3的个数对深度图像空洞率有较大影响。图6所示为3台Kinect同时工作时使用所述装置获得的深度图像，调节电源电压和偏心振动直流电机3的个数可以达到不同的消除干涉效果，本实施例采用了3V和4.5V两种电源电压，并将偏心振动直流电机3的个数由2个调节为4个。其中图6(a)是使用2个偏心振动直流电机3和3V电源电压的情况，图6(b)是使用2个偏心振动直流电机3和4.5V电源电压的情况，图6(c)是使用4个偏心振动直流电机3和3V电源电压的情况，图6(d)是使用4个偏心振动直流电机3和4.5V电源电压的情况，实施例在不同情况下的深度图像空洞率如表2所示。

表2实施例使用不同电源电压和电机个数时的空洞率

电拳电压	3V	4.5V	3V	4.5V
					使用电机个数	2	2	4	4
空洞率	18.67％	10.54％	7.79％	4.99％

由此可见，本发明装置可起到消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的作用。与传统方式相比，具有结构简单，成本低廉的特点，且能获得较高质量的深度图像用于空间三维点云的计算。上述实施方式仅用来说明本发明而不用于限制本发明的范围，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明的各种等价形式的修改均落入本发明所附权利要求限定的范围。

Claims (4)

1. 一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置，其特征在于：包括套在静止杆件上的Kinect相机组件，Kinect相机组件包括Kinect结构光深度摄像机（1）和四个用于振动消除干涉的偏心振动直流电机（3），Kinect结构光深度摄像机（1）插套在Kinect固定架（2）内，Kinect固定架（2）经连接架（5）与紧固夹持架（6）连接，紧固夹持架（6）固定套在静止杆件上，Kinect固定架（2）顶面的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机（3），Kinect固定架（2）底面的两侧对称各安装有一个偏心振动直流电机（3），偏心振动直流电机（3）的转动轴与Kinect结构光深度摄像机（1）的光轴方向相同。

2. 根据权利要求1所述的一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置，其特征在于：所述的偏心振动直流电机（3）包括直流电机和固定在直流电机转轴上的偏心块，四个直流电机均通过电机固定架（4）固定在Kinect固定架（2）上。

3. 根据权利要求1所述的一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置，其特征在于：包括多个所述的Kinect相机组件，多个Kinect相机组件套在同一静止杆件上，三个Kinect相机组件沿竖直方向上下固定。

4. 根据权利要求1所述的一种消除多台Kinect结构光深度摄像机相互干涉的装置，其特征在于：所述的Kinect固定架（2）前端设有用于供Kinect结构光深度摄像机（1）红外激光发射器和CMOS传感器穿过的孔。