Kinect設備功能探索

李 暢

（河南省新鄉市第一中學，新鄉 453000）

Kinect設備功能探索

李 暢

（河南省新鄉市第一中學，新鄉 453000）

本文從Kinect的歷史展開論述，分別介紹了Kinect的硬件設備、Kinect獲取深度圖像的原理及Kinect發展現狀，最后發表關于Kinect開發的一些見解。

Kinect；歷史；現狀；開發

1 Kinect設備介紹

1.1 Kinect歷史

Kinect的全稱是Kinect for Xbox 360，是微軟開發的、服務于Xbox 360家用主機的外設產品。它的出現主要是為了玩家能夠使用這些設備去玩一些虛擬的體感游戲，讓玩家不需要接觸控制器，使用語言、手勢等非接觸性的操作來控制Xbox 360的系統界面，也能夠使用這種方法來玩相應的游戲。Kinect作為獲取人體信息的終端設備，它能夠捕捉人體的運動信息，反饋給游戲主機，讓玩家能夠用身體來進行游戲，帶給使用者基于體感控制的不同體驗。Kinect于在2010年11月4日于美國上市，在上市不到一百天便已然賣出了數百萬臺，創下來微軟游戲外設銷售的記錄，同時149美元這樣廉價的設備，不僅勾起了玩家的興趣，也讓很多人涌入Kinect研究領域，這也使得Kinect成為全世界銷售最快的消費性電子產品。

1.2 Kinect硬件設備

Kinect其實就是一個攝像頭，但是不同于以往攝像頭的是，Kinect有三個鏡頭，左右兩個鏡頭是用來發射和接收紅外線的深度圖像鏡頭。這兩個鏡頭通過發射紅外和接收反射回來的紅外線信號來計算場景中物體深度圖像信息，也就是這兩個攝像頭構成了Kinect的3D結構工深度感應器。深度圖像就是場景中物體到Kinect設備的距離，還有RGB彩色攝像頭用來捕捉和采集物體的彩色圖像。彩色攝像頭最大支持1280*960分辨率成像，紅外攝像頭最大支持640*480成像。Kinect底座配有馬達可以控制攝像頭的轉動，來實現自己的追焦技術。同時Kinect兩側的麥克風陣列，類似人的雙耳可以同時收音，這也就意味著Kinect可以做到語音識別和聽音辨位。同時同時收音還可以通過對比來消除雜音。

圖1 Kinect設備

1.3 Kinect獲取深度圖像原理

Kinect除了一個常規的RGB彩色攝像頭，還有一個紅外發射器和紅外接收器，構成了Kinect的整個紅外收發設備，通過這兩個設備可以完成Kinect深度圖像獲取。獲取深度圖像信息也是Kinect的主打功能，這一功能不僅在娛樂方面得到了應用，在科研方面也發光發熱。Kinect獲取深度圖像的技術是使用了一種光編碼技術（Light Coding），這是屬于PrimeSense公司的專利技術，它為深度圖像的獲取提供了便利。這種光編碼技術是基于結構光的技術，結構光是具有一些特定模式的光，這些光有特定圖案，它們由不同的點、線、面組成。一般這種技術的原理就是，不同的特征圖案會反射帶有自身特征的光圖像，Kinect捕捉到這種不同特征的光，Kinect捕捉到這種信息來計算物體的深度信息。和傳統的投射二維光線的方法不同，Kinect投射的是一個具有三維結構的光。通過投射激光散斑，這種激光散斑是有高度隨機性的衍射斑點，使得激光能夠分布到空間的任何地方，保證了接收到的反射光的特征性一定是物體的特征，形成了專屬的標記。

2 Kinect研究現狀

Kinec作為一種體感設備，通過獲取人體的運動信息和骨骼信息，以及基于環境的深度數據來實現對人體的跟蹤。它與生俱來的便利性，以及出色的可拓展性，使得它逐漸變成了非接觸式控制的熱門設備。使用者并不需要穿戴設備便可輕松完成一系列的控制任務，體現了它的簡便性。因為它便利的特點，很多的研究機構已經把它列為主流的體感控制設備。

2.1 Kinect在虛擬世界的應用

微軟推出Kinect的初衷，就是為了輔助自己的家用主機Xbox來實現體感游戲，所以更多是使用在虛擬的環境中，作為虛擬和現實交互的橋梁。伴隨著Kinect的大力推廣，越來越多的游戲也加入了Kinect這一體感設備，微軟隨后也推出了自己應用級的產品：虛擬換衣系統。這種產品已經脫離了游戲這一領域，更多面向的是使用者。微軟的這款虛擬換衣系統，利用AR技術模擬出試衣間的環境，利用體感交互設備來實現操作者的取衣，換衣操作。在試衣結束后，還可以利用AR知道戶外的環境，使用者全程可以觀看衣服是否適合自己。這樣簡單的換衣方法，使得人們無需脫衣服、穿衣服，幾個簡單的動作便可以換好一套衣服，節約了搭配的時間。將Kinect脫離游戲領域而面向日常生活，也給其他廠商提供了新穎的方向。

2.2 Kinect社會方面的貢獻

Kinect的熱度逐漸提高，越來越多的領域都開始嘗試使用Kinect設備作為新的人機交互設備。在倫敦圣托馬斯醫院率先將Kinect引入了自己的手術室，醫院設計了一款基于Kinect的體感交互系統來控制屏幕顯示醫生想要的資料，醫生通過幾個簡單的動作，便可以查詢各種信息。同時，Kinect自帶的RGB攝像頭也能夠成為一個實時傳輸信號的設備來實現與其他專家的會診。這一系統不僅給醫生帶來了更多的便利性，同時也大大改善了手術室的環境提高了手術成功率。

2.3 Kinect在控制領域的作用

Kinect可以作為控制機器人的一般性工具，一個實驗者無需任何培訓和前期學習，只要走到Kinect設備前然后做出動作便可以控制機器人，這無疑為機器人控制的推廣增加了很多便利。而且Kinect開源的數據存儲方式，也能讓更多的開發者去使用這些數據去控制不同的物體。

3 Kinect for windows sdk開發簡介

Kinect SDK提供了新的虛擬背景，在鏡頭前的活躍用戶的背景將使用虛擬背景。這種將實際背景移除用虛擬背景代替，是綠屏效果最迫切的需求，能夠更方便的獲得用戶的圖像信息，并且應用在廣告、擴展實境游戲、訓練和模擬環境，可以把用戶放置在虛擬環境來實現融入其中的感覺。Kinect Fusion還提供了全彩色的三維模型捕捉，通過應用程序來獲取場景中的深度信息，捕捉運動軌跡以及顏色來構建三維模型。在不斷的掃描中獲取物體的紋理，這樣高精度的圖像已經打到了3D打印和CAD建模的要求。

Kinect設備允許跟蹤兩個人體的骨骼信息，但是可以檢測到六個人，也就是說兩個人的信息可以實時更新，另外四個人的信息只能有一個模糊的存在的概念。Kinect可以識別的關節點有20多個，既使人在坐下的狀態也能夠識別10個關節點，這些關節點都在Kinect中有自己的名字。

骨骼跟蹤有主動與被動兩個模式。在主動模式下，可以通過使用一定的算法來獲取兩個用戶的骨骼數據，包括骨骼坐標、距離等；而被動模式則是對另外四個人而言，也就是說假設有6個用戶，除了實時跟蹤的2個用戶，其他的四個用戶只是存在于被動模式，這個被動模式只是提供用戶的大概位置信息，不會有骨骼信息、距離信息等精確的數據存在。因為要區分不同的用戶，所以Kinect還會給每個骨骼一個ID，分配給視野中的每一個用戶，在查找關節數據時候，骨骼ID就是用來區分不同用戶的關鍵信息。

4 結束語

Kinect是我們日常生活中隨時可以接觸到的設備，通過閱讀用戶手冊和不同的教學視頻，我對Kinect的有了自己的理解，相信伴隨著自己編程能力的提高，終有一天我可以用自己的C++程序來對Kinect進行開發。

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10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.015

TN92文獻標示碼：A

1672-7274（2017）08-0037-02