2.1 Kinect传感器

每一个Kinect应用都有一些基本元素。应用程序必须探测和发现链接到设备上的Kinect传感器。在使用这些传感器之前,必须进行初始化,一旦初始化成功后,就能产生数据,我们的程序就能处理这些数据。最后当应用程序关闭时,必须合理的释放这些传感器。

本章第一部分将会介绍如何发现、初始化、释放传感器,这是非常基础的话题,但是对于基于Kinect开发的应用程序非常重要。一旦初始化好了之 后,Kinect的各种传感器就能够产生数据。我们的程序可以读取这些数据流。Kinect产生的数据流类类似于System.IO命名空间下面的IO数据流。

第二部分将详细介绍数据流的基础,并演示如何从Kinect中使用ColorImageStream获取彩色摄像头产生的数据。数据流能够生产基于像素的数据,使得能够像从相机或者基本的相片那样生产彩色图像。可以对这些数据进行各种有趣的处理。

 

基于Kinect开发的应用程序最开始需要用到的对象就是KinectSensor对象,该对象直接表示Kinect硬件设备。KinectSensor对象是我们想要获取数据,包括彩色影像数据,景深数据和骨骼追踪数据的源头。本章将详细介绍ColorImageStream,后面的文章将详细讨论 DepthImageStreamSkeletonStream

从KinectSensor获取数据最常用的方式是通过监听该对象的一系列事件。每一种数据流都有对应的事件,当该类型数据流可用时,就会触发该事件。每一个数据流以帧(frame)为单位。例如:ColorImageStream当获取到了新的数据时就会触发ColorFrameReady事件。当在讨论各个具体的传感器数据流时我们将会详细讨论这些事件。

每一种数据流(Color,Depth,Skeleton)都是以数据点的方式在不同的坐标系中显示的,在后面的讨论中我们能够清楚的看到这一点。将一个数据流中的点数据转换到另一个数据流中是一个很常见的操作,在本文的后面将会讨论如何转换以及为什么这种转换是很有必要的。KinectSensor对象有一系列的方法能够进行数据流到数据点的转换,他们是MapDepthToColorImagePointMapDepthToSkeletonPoint以及MapSkeletonPointToDepth

在获取Kinect数据前,我们必须先发现连接的Kinect设备。发现Kinect设备很简单,但是也有需要注意的地方。

发现已连接的Kinect传感器

KinectObject对象没有公共的构造器,应用程序不能直接创建它。相反,该对象是SDK在发现到有连接的Kinect设备时创建的。当有Kinect设备连接到计算机上时,应用程序应该得到通知或者提醒。KinectSeneor对象有一个静态的属性KinectSensors,该属性是一个KinectSensorCollection集合,该集合继承自ReadOnlyCollection,ReadOnlyCollection集合很简单,它只有一个索引器和一个称之为StatusChanged的事件。

使用集合中的索引器来获取KinectSensor对象。集合中元素的个数就是Kinect设备的个数。也就是说,一台电脑上可以连接多个Kinect设备获取数据。应用程序可以使用多个Kinect设备来获取多方面的数据,Kinect个数的限制只有电脑配置的限制。由于每个Kinect是通过USB来进行数据传输的,所以每一个Kinect设备需要一条USB线与电脑相连。此外,更多的Kinect设备需要更多的CPU和内存消耗。

查找Kinect设备可以通过简单的遍历集合找到;但是KinectSensor集合中的设备不是都能直接使用,所以KinectSensor对象有一个Status属性,它是一个枚举类型,标识了当前Kinect设备的状态。下表中列出了传感器的状态及其含义:

Kinect状态 含义
Undefined 设备的状态不能确定
Connected 设备已经连接到电脑上,并能够提供数据
DeviceNotGenuine 连接的设备未经授权
Disconnected USB连接已断开
Error 与Kinect的通讯产生了错误
Initializing 设备已与电脑连接,正在初始化
InsufficientBandwidth Kinect无法初始化,因为连接Kinect与电脑的USB数据线没有足够的带宽来操作设备
NotPowered Kinect供电不足,需要额外的电源
NotReady Kinect已与电脑连接,但还没有进入Connected状态

只有设备在Connected状态下时,KinectSensor对象才能初始化。在应用的整个生命周期中,传感器的状态可能会发生变化,这意味着我们开发的应用程序必须监控设备的连接状态,并且在设备连接状态发生变化时能够采取相应的措施来提高用户体验。例如,如果连接Kinect的USB线从电脑拔出,那么传感器的连接状态就会变为Disconnected,通常,应用程序在这种情况下应该暂停,并提示用户将Kinect设备插入到电脑上。应用程序不应该假定在一开始时Kinect设备就处于可用状态,也不应该假定在整个程序运行的过程中,Kinect设备会一直与电脑连接。

下面,首先创建一个WPF应用程序来展示如何发现,获取Kinect传感器的状态。先建按一个WPF项目,并添加Microsoft.Kinect.dll。在MainWindows.xaml.cs中写下如下代码:

public partial class MainWindow : Window 
{
     //私有Kinectsensor对象
     private KinectSensor kinect;

     public KinectSensor Kinect 
     {
         get { return this._Kinect; }
         set
         {
             if(this._Kinect != null)
             {
                 this._Kinect = null;
             }


             if(value != null && value.Status == KinectStatus.Connected)
             {
                 this._Kinect = value;                 
             }        
         }
     }

    public MainWindow()
    { 
        InitializeComponent();
        this.Loaded += (s, e) => DiscoverKinectSensor(); 
        this.Unloaded += (s, e) => this.kinect = null; 
    }

    private void DiscoverKinectSensor() 
    { 
        KinectSensor.KinectSensors.StatusChanged += KinectSensors_StatusChanged; 
        this.Kinect = KinectSensor.KinectSensors.FirstOrDefault(x => x.Status == KinectStatus.Connected); 
    } 

    private void KinectSensors_StatusChanged(object sender, StatusChangedEventArgs e) 
    { 
        switch (e.Status) 
        {
            case KinectStatus.Connected: 
                if (this.kinect == null) 
                    this.kinect = e.Sensor; break; 
            case KinectStatus.Disconnected:
                if (this.kinect == e.Sensor) 
                { 
                    this.kinect = null; 
                    this.kinect = KinectSensor.KinectSensors.FirstOrDefault(x => x.Status == KinectStatus.Connected); 
                if (this.kinect == null) 
                {
                    //TODO:通知用于Kinect已拔出
                }
        } 
        break; 
            //TODO:处理其他情况下的状态
        }
    }
} 

上面的代码注释很详细,首先定义了一个私有变量kinect,应用程序应该定义一个私有的变量来存储对获取到的KincectSensor对象的引用,当应用程序不再需要KinectSensor产生数据时,可以使用这个局部变量来释放对KinectSensor对象的引用从而释放资源。我们还定义了一个Kinect属性来对这个私有变量进行包装,使用属性的目的是保证能够以正确的方式初始化和反初始化KinectSensor对象。在Set方法中我们可以看到,只有待赋值对象的状态是Connected的时候我们才进行赋值操作,任何将没有处在Connected状态的传感器对象复制给 KinectSensor对象时都会抛出InvalidOperationException异常。

在构造函数中有两个匿名方法,一个用来监听Loaded事件,一个用来监听Unloaded事件。当卸载时应该将Kinect属性置为空。在窗口的Loaded事件中程序通过DiscoverKinectSensor方法试图调用一个连接了的传感器。在窗体的Loaded和Unloaded事件中注册这两个事件用来初始化和释放Kinect对象,如果应用程序没有找到Kinect对象,将会通知用户。

DiscoverKinectSensor方法只有两行代码,第一行代码注册StatusChanged事件,第二行代码通过lambda表达式查询集合中第一个处在Connected状态的传感器对象,并将该对象复制给Kinect属性。Kinect属性的set方法确保能都赋值一个合法的Kinect 对象。

StatusChanged事件中值得注意的是,当状态为KinectSensor.Connected的时候,if语句限制了应用程序只能有一个kinect传感器,忽略了电脑中可能连接的其他Kinect传感器。

以上代码展示了用于发现和引用Kinect设备的最精简的代码,随着应用的复杂,可能需要更多的代码来保证线程安全以及能让垃圾回收器及时释放资源以防止内存泄露。

打开传感器

一旦发现了传感器,在应用程序能够使用传感器之前必须对其进行初始化。传感器的初始化包括三个步骤。首先,应用程序必须设置需要使用的数据流,并将其状态设为可用。每一中类型的数据流都有一个Enable方法,该方法可以初始化数据流。每一种数据流都完全不同,在使用之前需要进行一些设置。在一些情况下这些设置都在Enable方法中处理了。在下面,我们将会讨论如何初始化ColorImageStream数据流,在以后的文章中还会讨论如何初始化 DepthImageStream数据流和SkeletonStream数据流。

初始化之后,接下来就是要确定应用程序如何使用产生的数据流。最常用的方式是使用Kinect对象的一些事件,每一种数据流都有对应的事件,它们是:ColorImageStream对应ColorFrameReady事件、DepthImageStream对应DepthFrameReady事件、SkeletonStream对象对应SkeletonFrameReady事件,以及AllFramesReady事件。各自对应的事件只有在对应的数据流Enabled后才能使用,AllFramesReady事件在任何一个数据流状态enabled时就能使用。

最后,应用程序调用KinectSensor对象的Start方法后,frame-ready事件就会触发从而产生数据。

停止传感器

一旦传感器打开后,可以使用KinectSensor对象的Stop方法停止。这样所有的数据产生都会停止,因此在监听frameready事件时要先检查传感器是否不为null。

KinectSensor对象以及数据流都会使用系统资源,应用程序在不需要使用KinectSensor对象时必须能够合理的释放这些资源。在这种情况下,程序不仅要停止传感器,还要注销frameready事件。注意,不要去调用KinectSensor对象的Dispose方法。这将会阻止应用程序再次获取传感器。应用程序必须重启或者将Kinect重新拔出然后插入才能再次获得并使用对象。

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发布时间:2013/2/12 下午9:29:14  阅读次数:6013

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