[发明专利]phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法

说明书

本发明涉及光学以及TOF成像领域，为可以精确的预测在不同光照强度，距离等因素下，噪声对图像传感器的影响，从而调整以便减小噪声得到最优的效果，希望利用该模型可以模拟TOF图像传感器工作机理以及外部因素对其成像影响，以便分析噪声并进行改善。为此，本发明，基于phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法，步骤如下：(1)第一部分为光源模型，模拟了光线从光源发出打到物体的实际效果；(2)第二部分是基于phong式的光照模型；(3)第三部分是传感器模型，通过计算出的相位得出距离信息。本发明主要应用于TOF成像测距场合。

技术领域

本发明涉及光学以及TOF成像领域，在phong式光照模型基础上并根据实际TOF传感器成像系统建立了传感器的行为级模型。具体讲,涉及基于phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法。

背景技术

图像传感器一直以来都是人类研究的热点。但是随着当代科学技术的发展，人类对于传统的2D图像传感器的要求越来越高，不仅期望有着更高分辨率，更快速度，更大的动态范围，人类更加希望能够获得物体的深度信息，但是2D成像技术现在已经不能满足人类的需求，所以应运而生了3D成像技术。基于连续波的TOF算法简单而且测量精度高，使用较多，主要工作原理为检测发射到物体的光，再反射到图像传感器之间时间差，从而算得图像传感器和物体之间的距离。

光源发出光到物体上，物体反射的光被像素接收到，像素的信号由读出电路读出，再经后续处理算得距离信息。通常在ToF传感器设计中，需要先根据传感器工作方式建立相应的软件模型，验证传感器设计方案的可行性，传统的朗伯式光照模型没有考虑镜面反射的影响，至于噪声方面，在phong模型中主要考虑像素的噪声和读出电路的噪声，其中像素的噪声主要考虑散粒噪声，因为散粒噪声是像素的一种固有噪声，没有办法通过改善像素结构来彻底的消除或者降低它。这些噪声使得传感器读出的每一个数都会偏离理想值，从而导致计算出来的距离值偏离实际值。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于phong式光照模型的TOF噪声分析方法，该模型可以精确的预测在不同光照强度，距离等因素下，噪声对图像传感器的影响，从而调整以便减小噪声得到最优的效果，希望利用该模型可以模拟TOF图像传感器工作机理以及外部因素对其成像影响，以便分析噪声并进行改善。为此，本发明采取的技术方案是，phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法，步骤如下：

(1)第一部分为光源模型，模拟了光线从光源发出打到物体的实际效果，采用如下公式：

I_b＝I₀·f_D·cosα

其中I₀为光源峰值发光强度，I_b为光源发射出的总光强，f_D为自定义的距离衰减因数，α为出射光线与法线的夹角，并将得到的光信号传递至下一级光照模型中；

(2)第二部分是基于phong式的光照模型，其主要由三部分组成，一部分是环境光I_e,第二部分是漫反射光强I_d，第三部分是镜面反射光强I_s，其中

I_e＝I_a·K_a

I_d＝I_p·K_d·(L·N)

L_s＝I_p·K_s·(V·R)ⁿ