عنوان پایان‌نامه
ارزیابی و مقا یسه ی روش های کالیبرا سیون هندسی سنجنده کینکت ماکرو سافت
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - نقشه برداری - فتوگرامتری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2507;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60525
- تاریخ دفاع
- ۱۲ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمود داودیان ایدلیکی
- استاد راهنما
- محمد سعادت سرشت
- چکیده
- کاربردهای مدل سه بعدی که یک نمایش ریاضی از سطح یک شی سه بعدی است روز به روز گسترش می یابد و سخت افزارهای بیشتری به منظور کمک به فرایند مدل سازی سه بعدی ساخته می شوند. سنجنده کینکت که به عنوان یک رابط کاربری برای بازی های کامپیوتری ساخته شده و در نوع خود اولین سنجنده می باشد، پتانسیل بالایی برای به کارگیری در مدل سازی سه بعدی دارد. این پایان نامه به معرفی سنجنده کینکت به عنوان ابزاری نسبتا جدید و ارزان در این حیطه می پردازد و در جهت آنالیز روش های متفاوت کالیبراسیون آن به منظور دستیابی به دقت هندسی بالاتر تلاش می کند. یک صفحه کالیبراسیون مخصوص دوربین های عمق که امکان استفاده از روش¬های شناسایی نشانه خودکار را فراهم می کند، ساخته شده است. پیش پردازش های مورد نیاز برای آماده سازی تصاویر عمق برای شناسایی نشانه نیز که خود زمینه ای برای افزایش دقت مشاهدات عکسی است ارائه شده است. سه مؤلفه هندسه تصویر برداری، مدل های ریاضی و روش حل معادلات مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به آزمون های انجام شده، حتی کالیبراسیون تک عکس نیز دقت مناسبی در هم مرجع کردن داده های عمق و تصویر رنگی دارد اما به دلیل وابستگی شدید پارامترها، مدل هندسی بازسازی شده ناپایدار بوده و اعتبار آن در کالیبراسیون داده¬های پیش¬رو مخدوش می¬شود. هندسه ده عکس، با برقراری توازن میان کاهش وابستگی پارامترها و ایجاد هندسه همگرا که به واسطه استحکام شبکه از واگرایی معادلات هم جلوگیری می کند، بهترین نتایج را به دست می دهد. کالیبراسیون سنجنده باعث می شود در هم مرجع سازی تصویر رنگی و عمق، دقت در گوشه های تصویر که کمترین مقدار را دارا است از چند پیکسل به زیر پیکسل کاهش پیدا نماید. صحت مختصات نقاط زمینی در فاصله یک متری در راستای صفحه تصویر یک میلیمتر و در راستای خط دید سه میلیمتر است. این مقادیر در فاصله دو متری به سه و ده میلیمتر افزایش می¬یابد. علت اصلی کم بودن صحت در راستای خط دید، گسستگی مقادیر عمق و افزایش سطح نویز آن با افزایش فاصله است. روش حل همزمان با فراهم آوردن شش پارامتر میان دو دوربین در کل ایستگاه ها، این پارامترها را از پارامترهای توجیه خارجی مستقل می کند. همچنین به منظور تعیین رابطه میان مقادیر عمق خام و عمق واقعی، به کارگیری مدل تانژانت برای فواصل کمتر از سه و نیم متر و بکارگیری مدل چند جمله ای درجه دو برای فواصل بیشتر از آن توصیه می شود. و در پایان سنجنده کینکت با وجود طراحی با هدف یک ابزار رابط کاربری، پایداری خوبی دارد به طوری که پارامترهای به دست آمده برای تصاویر با اختلاف زمانی دو ساعت تقریبا یکسان هستند به طوری که مقدار خطاهای نقاط چک در حد خطای نسبی 1000/1 ثابت باقی مانده است.
- Abstract
- 3D modeling is a mathematical representation of 3D objects and its applications are expanding in different fields and a variety of tools are being developed in other to ease this process. Microsoft Kinect sensor which is a Natural User Interface device build for Gaming purposes and can be considered the first of its own type, contains a high potential for 3D modeling purposes. This thesis introduces Kinect sensor and tries to analyze its calibration methods to achieve a higher geometric precision. A calibration field specific to range cameras that provides ability to automatic target detection in range images is developed. A few pre-processing to prepare range images for target detection that can make image observations more accurate are provided. 3 factors of imaging network, mathematical models and problem solving processes are discussed. According to performed tests, even single station calibration can provide suitable precision on RGB and range image registration but due to the parameters correlation, reconstructed model is not stable and can't be trusted for further data correction. 10 stations network that can balance between parameter numbers and convergent network and due to network strength can avoid divergence in equations, gives best results. Sensor calibration can increase registration precision to sub-pixel in image corners which usually have the least precision. Object coordinate accuracy in 1m distance parallel to imaging plate is 1 mm and toward vision line is 3 mm. These values in distance of 2 m increase to 3 and 10 mm. The main reason that precision toward line of sight is range value Discontinuity and noise to signal ratio increase in larger distances as well. Simultaneous problem solving with just 6 relative parameters in all stations, can distinct these parameters form those of exterior orientation. Also to determine the relation among raw range value and real distance, tangent model is preferred for distances of less than 3.5m and polynomial equation is recommended for longer distances. Finally, Kinect sensor though designed as a NUI device, can be trusted on the matter of stability in a way that calibration parameters are the same for images taken in 2 hours frequency and relative precision is still the same value of 1/1000 for check points.
