ROS进阶——kinect v1的使用

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2020年6月1日 10时02分

环境:Ubuntu16.04+ROS Kinetic

 

一、kinect v1简介

Kinect  v1深度相机拥有一个RGB彩色摄像头,一个红外线CMOS摄像机和一个红外发射器。相机的红外线CMOS摄像机和红外发射器以左右水平的方式分布。该相机采用的是以结构光为基础进行改进后的光编码(Light Coding)技术获得物体的深度信息。

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图

 

Kinect的骨架坐标系和深度坐标系是以相机的IR(红外)摄像机为中心的右手坐标系。原则上,Z轴方向不会取负值,但是如果获得不可预知的值,则会给出-1。同时需注意,红外摄像机是坐标系原点,但深度值Z为红外到达点在Z轴方向的投影,而不是原点到红外到达点之间的线性距离。

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图(1)

 

二、环境配置

sudo apt-get install ros-kinetic-openni-* ros-kinetic-freenect-*  
rospack profile 

 

运行命令

 

roslaunch freenect_launch freenect.launch

 

相关topic

 

(1)RGB图像:/camera/rgb/image_color

 

  • ROS数据格式:sensor_msgs/Image
  • OPENCV数据格式:Mat
  • 图像尺寸:640*480
  • 像素数据类型:8UC3

 

(2)深度图像:/camera/depth/image

 

  • ROS数据格式:sensor_msgs/Image
  • OPENCV数据格式:Mat
  • 图像尺寸:640*480
  • 像素数据类型:32FC1

 

(3)点云数据(无整合RGB): /camera/depth/points

 

  • ROS数据格式:sensor_msgs/Image
  • PCL点云库数据格式:pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>
  • 图像尺寸:有序点云,640*480
  • 像素数据类型:double

 

三、相机标定

在ROS平台上使用camera_calibration包进行相机的标定,相机标定工作界面如图所示,该功能包基于张正友标定法,通过角点检测匹配实际物理坐标与图像坐标实现标定。

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图(2)

 

安装功能包

 

rosdep install camera_calibration

 

运行命令

 

rosrun camera_calibration cameracalibrator.py --size 8x6 --square 0.108 image:=/camera/image_raw camera:=/camera

 

  • size 11×8: 注意是字母x,是棋盘内部角点个数
  • square 0.108:为米单位的正方形边长
  • image:订阅的图像
  • camera:发布到设置参数的服务器(不是必须)

 

标定结果

(1)红外相机

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图(3)

 

(2)RGB相机

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图(4)

 

参数说明:

 

  • camera_matrix:相机内参矩阵 (固有参数)
  • distortion_coefficients:相机畸变系数 (固有参数)
  • rectification_matrix:矫正矩阵(一般为单位阵 )
  • projection_matrix:投影矩阵(世界坐标投影到图像坐标的变换矩阵) 

 

四、坐标修正

坐标修正包含两部分内容:

 

(1)第一部分是修正相机获取数据不完整导致的误差,深度相机在获取视野中物体深度信息时只获取了物体面对相机那部分的表面的数据,没有获取物体整体的数据,因此需根据目标物体本身对坐标进行修正,排除因深度相机获取数据不完整造成的偏差。

 

(2)第二部分是修正深度相机本身的测量误差,Kinect在获取目标物体深度信息时,随着目标物体与相机之间距离的增大误差也随之增大,下表为测量物体与Kinect之间实际距离与平均测量距离之间的误差,下面曲线图为实际距离与误差曲线图及其趋势线,误差计算方式为下表右式。因Kinect的误差随着距离的减少下降,因此以对数的方式对误差曲线进行拟合获得误差修正公式,y为误差,x为测量物体与Kinect实际距离。

 

ROS进阶——kinect v1的使用插图(5)

ROS进阶——kinect v1的使用插图(6)

ROS进阶——kinect v1的使用插图(7)

ROS进阶——kinect v1的使用插图(8)

 

参考

骨格座標と深度座標のデータ形式

ROS 教程之 vision: 摄像头标定camera calibration

ROS单目摄像机的标定

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