CN109272556B - 一种飞行时间tof相机的标定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行时间TOF相机的标定方法和装置，方法包括：调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述深度测量值对应的补偿修正值；利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果。本发明实施例的这种技术方案实现了在缩短深度标定时间，提高生产效率的同时，保证标定结果的准确度和精度的有益效果。

Description

一种飞行时间TOF相机的标定方法和装置

技术领域

本发明涉及TOF相机技术领域，具体涉及一种飞行时间TOF相机的标定方法和装置。

背景技术

伴随着TOF(Time of Flight)技术的成熟，基于TOF的3D相机发展迅速，受到了全世界范围的广泛关注和研究。TOF相机是通过计算光线发射反射时间差或相位差来换算被拍摄物体的距离，以产生深度信息。由于***误差和随机误差的存在，TOF相机的测量结果和测量精度会受到相机***内部和外界环境等诸多因素的影响，为了获取更高精度的距离信息，需要对TOF相机进行深度值标定。

发明内容

本发明提供了一种飞行时间TOF相机的标定方法和装置，实现了在缩短深度标定时间提高生产效率的同时，保证标定结果的准确度和精度的有益效果。

根据本申请的一个方面，提供了一种飞行时间TOF相机的标定方法，包括：

调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果。

根据本申请的另一个方面，提供了一种飞行时间TOF相机的标定装置，包括：

采集模块，用于调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

确定模块，用于根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

标定模块，用于利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果。

根据本申请的又一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时能够实现本申请一个方面所述的方法。

根据本申请的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现本申请一个方面所述的方法。

本发明实施例的飞行时间TOF相机的标定方法和装置，通过调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值，校正时间短，适用于批量生产的TOF相机的标定。并且，根据预设补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出相机的深度测量值对应的补偿修正值，并利用补偿修正值对待标定相机的深度测量值进行补偿，得到标定结果，从而保证了TOF相机的测量精度和准确性，方便大规模推广。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的飞行时间TOF相机的标定方法的流程示意图；

图2是本发明一个实施例的基于自动导轨的TOF测量示意图；

图3是本发明一个实施例的基于扫描的TOF测量示意图；

图4是本发明一个实施例的测量值以及对应的补偿值之差的曲线示意图；

图5是本发明一个实施例提供的飞行时间TOF相机的标定装置的框图；

图6是本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：针对TOF相机标定精度不高或者效率低，本发明实施例提出一种TOF相机的标定方案，实现了在缩短相机深度标定时间，提高生产效率的同时保证标定结果精度的目的。

图1是本发明一个实施例提供的飞行时间TOF相机的标定方法的流程示意图，参见图1，本实施例的飞行时间TOF相机的标定方法包括下列步骤：

步骤S101，调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

步骤S102，根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

步骤S103，利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果。

由图1所示可知，本实施例的TOF相机标定方法，通过调整TOF相机时序的来模拟与标定板距离的方式来进行采集和标定，校正时间短，适合批量化生产TOF相机标定，并且不需要借助额外的辅助设备，标定所需成本低。而且，通过补偿值与深度测量值的对应关系来确定一次测量得到的深度值对应的补偿修正值，而后利用该补偿修正值对深度值进行补偿，与直接输出深度测量值相比，由于对深度测量值进行了补偿，从而保证了输出结果更加精确，满足了应用需求。

在本发明的一个实施例中，图1所示步骤S102中根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值包括：根据所述测量深度值以及所述实际深度值计算第一补偿值；例如，计算所述实际深度值与所述TOF相机的测量深度值之差，并将得到的差值作为第一补偿值。以及，计算所述第一补偿值与预设的补偿系数之和，以得到所述深度测量值对应的补偿修正值。

需要说明的是，补偿系数通过下列步骤计算得到：取M个TOF相机作为样本，其中，M为大于2的自然数；针对M个样本中的每个样本，在标定板沿着导轨匀速运动过程中采集多个指定距离下标定板的实际深度值以及样本的测量深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值得到第二补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第二补偿值的对应关系曲线；针对M个样本中的每个样本，调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集多个指定距离下样本的测量深度值以及标定板的实际深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值，得到第三补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第三补偿值的对应关系曲线；计算同一距离下，所述第二补偿值与所述第三补偿值的差值，并计算M个样本对应的差值的平均值，将得到的平均值作为补偿系数。

下面结合一个具体的示例对本发明的TOF相机的标定方法的实现步骤进行说明。

参见图2，有一种TOF相机标定方法称为自动导轨深度标定法。标定板(图2中的四方形的平板)沿着导轨以一定速度匀速运动，与此同时，采集TOF相机的测量深度值和标定板的实际深度值，从而计算出offset(即，第二补偿值)＝真实值-测量值。并且可以根据不同距离下的第二补偿值拟合出测量深度值和第二补偿值offset的关系曲线，拟合出测量深度值和第二补偿值offset关系曲线之后，即可根据一个待标定相机的测量深度值计算出offset值，从而可以计算出真实值，实现TOF相机标定。

自动导轨深度标定方法标定结果准确，但是对于批量化生产的TOF相机，校正时间较长，效率低下，并且，自动导轨造价也较高不方便大规模推广应用。

参见图3，还有一种TOF相机标定方法称为扫描Sweeping法，扫描Sweeping方法是通过调整TOF相机的时序的变化，来模拟标定板距离的变化，从而采集相机的测量深度值和标定板的真实深度值。图3中的150cm表示的是标定板与TOF Camera(相机)的实际距离。Sweeping方法的优点是校正时间短，但是校正精度较低(不如自动导轨方法)。

本发明实施例的这种TOF相机标定方法，通过预先计算出补偿系数并拟合补偿修正值和深度测量值之间的关系曲线，对一个待标定的TOF相机，当获取到该相机的深度测量值后即可根据深度测量值计算出补偿修正值，并利用该补偿修正值完成校正，从而在缩短深度标定时间提高效率的同时保证了标定结果准确，精度高。以下进行重点说明。

步骤一，取M个TOF相机模组作为样本，这里的M为大于2的自然数，比如30。需要说明的是，之所以取M个相机作为样本是为了综合考虑各种相机的噪声情况，使样本更具有代表性并保证结果的精度。对取出的M个样本，用前述的自动导轨深度标定法采集和记录样本TOF相机的测量值(即，测量深度值)以及标定板的实际值(即，实际深度值)，计算第二补偿值offset1＝实际值-测量值，(即，取两者之差)从而得到测量值和第二补偿值offset1的对应采样点，并拟合出样本的测量值和offset1之间的对应关系曲线。

步骤二，对于上述M个样本，采用Sweep法采集和记录样本TOF相机测量值和实际值，计算第三补偿值offset2＝实际值-测量值(即，取两者之差)，得到样本的测量值和第三补偿值offset2的对应采样点，并拟合出样本的测量值和第三补偿值offset2之间的对应关系曲线。

步骤三，将M个样本的同一距离下，自动导轨深度标定法得到的第二补偿值offset1与Sweep法计算的第三补偿值offset2相减，得到X轴为测量值，Y轴为自动导轨标定方法与Sweep标定方法offset之差的曲线如图4所示。由图4可知，M个样本的测量值与两种方法(自动导轨深度标定法和Sweep法)的offset之差的曲线近似。

步骤四，通过下列公式，将M个样本的两种方法的offset之差求平均，得出两种方法的offset之差的平均值，即，得到补偿系数：

从而得到样本测量值和补偿系数▽offset的对应采样点，拟合出测量值和补偿系数▽offset的对应关系曲线。

至此，计算出了补偿系数。

在得到补偿系数之后，对于每个等待标定的TOF相机，本实施例先用Sweep法采集深度测量值和标定板的实际值，计算实际值与测量值的差得到第一补偿值。根据深度测量值以及步骤四中的测量值和补偿系数▽offset的对应关系计算出对应的补偿系数，接着，计算第一补偿值与补偿系数之和，将和值作为补偿修正值，并拟合得到测量值和补偿修正值offset_revised的对应关系曲线。利用补偿修正值对一次标定中采集的测量深度值进行补偿即可得到标定结果。流程结束。

由上可知，本实施例的TOF相机深度标定方法，既具有标定时间短、适合批量生产的TOF相机的标定、成本低廉的优点，又有标定结果准确，精度高的优点，方便大规模推广应用。

与上述TOF相机的标定方法属于同一个技术构思，本发明实施例还提供了TOF相机的标定装置。参见图5，本实施例的TOF相机的标定装置500包括：

采集模块501，用于调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

确定模块502，用于根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

标定模块503，用于利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果。

在本发明的一个实施例中，确定模块502具体用于根据所述测量深度值以及所述实际深度值计算第一补偿值；计算所述第一补偿值与预设的补偿系数之和，以得到所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值。

在本发明的一个实施例中，确定模块502，具体用于计算所述实际深度值与所述测量深度值之差，并将得到的差值作为第一补偿值。

在本发明的一个实施例中，确定模块502通过下列步骤计算得到补偿系数：取M个TOF相机作为样本，其中，M为大于2的自然数；针对M个样本中的每个样本，在标定板沿着导轨匀速运动过程中采集多个指定距离下标定板的实际深度值以及样本的测量深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值得到第二补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第二补偿值的对应关系曲线；针对M个样本中的每个样本，调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集多个指定距离下样本的测量深度值以及标定板的实际深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值，得到第三补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第三补偿值的对应关系曲线；计算同一距离下，所述第二补偿值与所述第三补偿值的差值，并计算M个样本对应的差值的平均值，将得到的平均值作为补偿系数。

关于图5所示飞行时间TOF相机的标定装置中的各模块所执行的功能的举例解释说明，与前述方法实施例中各步骤的举例解释说明一致，这里不再赘述。

图6是本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。如图6所示，该电子设备包括存储器601和处理器602，存储器601和处理器602之间通过内部总线603通讯连接，存储器601存储有能够被处理器602执行的程序指令，程序指令被处理器602执行时能够实现上述的飞行时间TOF相机的标定方法。

此外，上述的存储器601中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使所述计算机执行上述的方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

需要说明的是术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种飞行时间TOF相机的标定方法，其特征在于，包括：

调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果，其中根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值包括：

根据所述TOF相机的测量深度值以及所述实际深度值计算第一补偿值；

计算所述第一补偿值与预设的补偿系数之和，以得到所述深度测量值对应的补偿修正值；所述补偿系数通过下列步骤计算得到：

取M个TOF相机作为样本，其中，M为大于2的自然数；

针对M个样本中的每个样本，在标定板沿着导轨匀速运动过程中采集多个指定距离下标定板的实际深度值以及样本的测量深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值得到第二补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第二补偿值的对应关系曲线；

针对M个样本中的每个样本，调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集多个指定距离下样本的测量深度值以及标定板的实际深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值，得到第三补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第三补偿值的对应关系曲线；

计算同一距离下，所述第二补偿值与所述第三补偿值的差值，并计算M个样本对应的差值的平均值，将得到的平均值作为补偿系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述TOF相机的测量深度值以及所述实际深度值计算第一补偿值包括：

计算所述实际深度值与所述测量深度值之差，并将得到的差值作为第一补偿值。

3.一种飞行时间TOF相机的标定装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集TOF相机的测量深度值以及标定板的实际深度值；

确定模块，用于根据补偿修正值与深度测量值的对应关系确定出所述TOF相机的深度测量值对应的补偿修正值；

标定模块，用于利用所述补偿修正值对所述深度测量值进行补偿，得到标定结果，其中所述确定模块，具体用于根据所述TOF相机的测量深度值以及所述实际深度值计算第一补偿值；计算所述第一补偿值与预设的补偿系数之和，以得到所述深度测量值对应的补偿修正值；其中所述确定模块，用于通过下列步骤计算得到补偿系数：取M个TOF相机作为样本，其中，M为大于2的自然数；针对M个样本中的每个样本，在标定板沿着导轨匀速运动过程中采集多个指定距离下标定板的实际深度值以及样本的测量深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值得到第二补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第二补偿值的对应关系曲线；针对M个样本中的每个样本，调整TOF相机的时序来模拟TOF相机与标定板的不同距离，并采集多个指定距离下样本的测量深度值以及标定板的实际深度值，计算标定板的实际深度值与样本的测量深度值之间的差值，得到第三补偿值，并拟合出所述样本的测量深度值与所述第三补偿值的对应关系曲线；

计算同一距离下，所述第二补偿值与所述第三补偿值的差值，并计算M个样本对应的差值的平均值，将得到的平均值作为补偿系数。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述确定模块，具体用于计算所述实际深度值与所述测量深度值之差，并将得到的差值作为第一补偿值。

5.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的程序指令，所述程序指令被所述处理器执行时能够实现权利要求1-2任一项所述的方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-2中任一项所述的方法。

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