Üç boyutlu kamera donanımında geometrik kalibrasyon uygulaması ve geometrik doğruluk analizi

Abstract

Tüketici pazarına hitap eden üç boyutlu derinlik algılayıcı kameralar son yıllarda birçok farklı alanda kullanılmaya başlamıştır. Bu tür cihazların uygun fiyatlı bir örneği de Microsoft tarafından ilk versiyonu 2010'da üretilen Kinect'tir. Oyun endüstrisi için üretilen bu cihaz ile yapılan ölçümler kusurlu olabildiğinden dolayı doğru ölçümler elde etmek için kalibrasyon yapılmalıdır. Bu ölçümlerin kesinliğini ve tekrarlanabilirliğini hesaplama konulu çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada Kinect cihazı için geometrik modeller incelenmiş ve bu modeller eşliğinde kalibrasyon yöntemleri tanımlanarak derinlik algılayıcısı kalibre edilmiştir. Bu çalışmada uygulanan kalibrasyon yöntemi sonrasında elde edilen bilgiler, üreticiye özel olan cihaz kalibrasyonu sonrası elde edilen derinlik bilgilerine kıyasla genel olarak aynı veya daha iyidir. Ölçümlerdeki hatalar incelenerek bir hata modeli tanımlanmış ve artık değerleri düzeltmek için bir doğrulama metodu kullanılmıştır. Kalibrasyon sonuçlarına göre derinlik değeri düzeltmesi kalibrasyonun önemli bir aşaması olup algılayıcı verilerindeki hataları yarı yarıya azaltmıştır. Derinlik ölçümlerindeki rastgele hatalar algılayıcıya olan mesafe arttıkça artmakta ve ölçüm alanının en uzak noktasında birkaç santimetreye ulaşmaktadır. Veri kalitesi derinlik çözünürlüğü ile etkilenmekte ve düşük derinlik çözünürlüğü düşük kaliteli ölçümlere sebep olmaktadır.Consumer-grade 3D range cameras has been widely used in different areas in recent years. An affordable alternative which has been first introduced to market in 2010 is Microsoft Kinect. Since this device is orginally built for gaming industry, measurements may contain various errors and calibration must be performed to get accurate results. There has been various efforts to evaluate accuracy and precision of these measurements. In this work typical geometrical models for Kinect device is proposed and calibration methods based on these geometrical models are defined. Various calibration methods are analysed and experiments are performed to calibrate depth sensor. Same or better results with the propietary calibration procedure of the manufacturer are obtained. Errors in measurements are analyzed and a correction method has been used to handle residual values. Calibration results imply that depth measurement correction is an important step of calibration and it may reduce the errors in sensor reading by half. Random depth measurement error increases as distance to the sensor inreases and reaches about a few centimeters at the largest distance. The data quality may also be affected by the depth resolution and low resolution may result in low quality measurements.