CHƯƠNG 2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình số hóa bề mặt 3D chi tiết cơ khí sử dụng Kinect v2 43
2.1 Quá trình khởi động của Kinect v2
2.1.3 Kết quả và đánh giá
Sau khi kết thúc hai giờ thí nghiệm đầu tiên với vị trí tham chiếu là 1,5m, kết quả của phép đo độ sâu được minh họa trong hình 2.2, trong đó cả hai giá trị độ sâu điểm cơ sở và trung bình của vùng con 11pixel×11pixel đều được vẽ trong cùng một hình. Thí nghiệm này cho phép thiết lập giá trị của các phép đo độ sâu và độ lệch chuẩn của giá trị độ sâu vùng con 11pixel×11pixel như là các
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1.49
1.492 1.494 1.496 1.498 1.5 1.502 1.504 1.506 1.508 1.51
Trung bình
Hình 2.2: Kết quả phép đo độ sâu ở vị trí cách tường 1,5m
hàm theo thời gian. Độ lệch chuẩn của phép đo độ sâu trung bình trong vùng con11pixel×11pixel theo khung hình một giây được thể hiện trong hình 2.3.
Đúng như mong đợi, đường cong kết quả của thí nghiệm gần giống với các kết quả đã công bố trước đó trong các tài liệu [26, 48]. Rõ ràng từ các số liệu cho thấy khi bắt đầu thí nghiệm, Kinect v2 chưa đạt được nhiệt độ ổn định, các giá trị độ sâu bắt đầu tăng ngay lập tức sau khi nguồn điện được bật. Trong hình 2.2, phần đầu của đồ thị cho thấy độ lệch so với giá trị tham chiếu của các phép đo đó là khoảng5mm. Ở thời điểm khoảng hai mươi phút, đường cong đột nhiên bắt đầu hạ xuống trong một thời gian, sau đó nó tăng dần trở lại cho đến khi tiệm cận với giá trị tham chiếu ở thời điểm khoảng bảy năm phút. Sự tăng đột biến được gây ra bởi quạt làm mát, dường như luôn bắt đầu cùng một
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
Hình 2.3: Độ lệch chuẩn của độ sâu trung bình vùng con 11pixel×11pixel ở vị trí cách tường 1,5m
lúc. Sau bảy năm phút, các giá trị độ sâu điểm cơ sở dao động trong phạm vi
±3mm và giá trị độ sâu trung bình của vùng con 11pixel×11pixel trong phạm vi ±1,3mm so với giá trị trung bình đo được trong thời gian hai giờ.
Trong hình 2.3, giá trị độ lệch chuẩn theo từng khung hình một giây dao động quanh vị trí 1.3mm. Sự dao động của độ lệch chuẩn này không phụ thuộc vào quá trình khởi động của thiết bị Kinect v2, cũng như sự vận hành của quạt làm mát tại thời điểm hai mươi phút sau khi thiết bị được khởi động.
Như biểu diễn trong hình 2.4, các phép đo độ sâu của điểm cơ sở trong thí nghiệm này tuân theo phân phối chuẩn Gauss. Đỉnh của phân phối gần với giá trị độ sâu tham chiếu từ thiết bị đến đối tượng nghiên cứu.
1.492 1.494 1.496 1.498 1.5 1.502 1.504 1.506 1.508
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
Hình 2.4: Phân bố giá trị độ sâu của điểm cơ sở ở vị trí cách tường 1,5m Hình 2.5 biểu diễn ảnh độ sâu với thang màu thể hiện giá trị độ sâu của một khung hình một giây trong thí nghiệm ở khoảng cách 1,5m so với tường. Ta có thể quan sát được nhiễu xuất hiện ở các góc của ảnh độ sâu trong hình 2.5.
Nhiễu này gây ra sai số trong phép đo độ sâu của quá trình số hóa bề mặt 3D.
Tiếp theo, kết quả của thí nghiệm ở khoảng cách 3m từ thiết bị Kinect v2 tới tường được xem xét. Các kết quả thu được khác một chút so với thí nghiệm ở khoảng cách 1,5m. Vì tốc độ khởi động của cảm biến phụ thuộc vào lượng photon nhận được, ánh sáng phản xạ ít hơn từ các vật ở xa hơn sẽ kéo dài thời gian khởi động. Tương tự như thí nghiệm trước, thí nghiệm này cũng cho phép thiết lập giá trị của các phép đo độ sâu và độ lệch chuẩn của giá trị độ sâu vùng con 11pixel×11pixel như là các hàm theo thời gian. Các dữ liệu giá trị độ sâu của thí nghiệm ở khoảng cách 3m được hiển thị trong hình 2.6. Độ lệch chuẩn của phép đo độ sâu trung bình trong vùng con 11pixel×11pixel được biểu diễn trong hình 2.7.
Không giống như kết quả của thí nghiệm trước, trong hai mươi phút đầu tiên, cả hai giá trị đo thay đổi khá lớn khoảng 10%. Giá trị độ sâu lớn nhất ở thời điểm khoảng 16 phút, sau đó giảm rất nhanh. Điều này được lý giải bởi nguyên
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Hình 2.5: Ảnh độ sâu của một khung hình tại vị trí cách tường 1,5m
nhân về nhiệt độ thay đổi khi thiết bị Kinect v2 mới khởi động. Giá trị độ sâu giảm rất nhanh là do hệ thống làm mát của thiết bị khởi động. Trong giai đoạn tiếp theo, Kinect v2 hoạt động gần như theo cùng một cách so với thí nghiệm ở khoảng cách 1,5m. Các giá trị giảm nhẹ, sau đó các giá trị lại bắt đầu tăng chậm cho đến khoảng sáu mươi phút thì ổn định. Các giá trị đo độ sâu ổn định dao động trong khoảng ±5mm đối với điểm cơ sở và ±2mm đối với trung bình
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
2.99 2.995 3 3.005 3.01 3.015 3.02 3.025 3.03 3.035 3.04
Trung bình
Hình 2.6: Kết quả phép đo độ sâu ở vị trí cách tường 3m
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1
1.5 2 2.5 3 3.5 4
Hình 2.7: Độ lệch chuẩn của độ sâu trung bình vùng con 11pixel×11pixel ở vị trí cách tường 3m
vùng con 11pixel×11pixel.
Tương tự như thí nghiệm trên, các giá trị độ sâu đo được của điểm cơ sở trong thí nghiệm này cũng tuân theo phân phối chuẩn Gauss, mô tả trong hình 2.8. Đỉnh của phân phối cũng gần với giá trị độ sâu tham chiếu 3m từ thiết bị Kinect v2 đến tường.
Hình 2.9 hiển thị ảnh độ sâu với thang màu thể hiện giá trị độ sâu của một khung hình một giây trong thí nghiệm ở khoảng cách 3m so với tường. Trong hình này, ảnh hưởng của nhiễu rõ ràng hơn, theo đúng lý thuyết đã trình bày trong chương 1. Sai số phản xạ đa đường cũng xuất hiện ở giao tuyến của các đối tượng trong ảnh độ sâu thu được. Do đó, nâng cao chất lượng ảnh độ sâu
2.96 2.97 2.98 2.99 3 3.01 3.02
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Hình 2.8: Phân bố giá trị độ sâu của điểm cơ sở ở vị trí cách tường 3m
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Hình 2.9: Ảnh độ sâu của một khung hình tại vị trí cách tường 3m
nhằm giảm ảnh hưởng của nhiễu tới phép đo độ sâu trong quá trình số hóa bề mặt là rất cần thiết và sẽ được thực hiện trong chương 3.
Qua các thí nghiệm trong phần 2.1 này cho thấy việc tính trung bình giá trị độ sâu cho kết quả tốt hơn, vì độ lệch chuẩn của khoảng cách trung bình nhỏ hơn đáng kể so với các giá trị khoảng cách của điểm cơ sở tương ứng. Các thí nghiệm này được thực hiện ở nhiệt độ không đổi, kết quả thu được khá rõ ràng.
Tuy nhiên, trong môi trường ngoài trời cũng có các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ, ví dụ như gió có khả năng làm mát thiết bị hay sức nóng của mặt trời gây ra sự nóng lên của thiết bị. Do đó, một hướng tiếp theo thú vị cho các thí nghiệm này sẽ là nghiên cứu quá trình đo lường trong điều kiện động để thấy rõ thiết bị Kinect v2 có thể thích ứng tốt như thế nào với nhiệt độ thay đổi.