[发明专利]一种基于可编程延时线的TOF相机深度标定方法

说明书

本发明公开了一种基于可编程延时线的TOF相机深度标定方法，本发明通过利用可编程延时器实现TOF相机照明控制信号的延时，虚拟出不同的标定距离，通过采集这些不同距离下的相位图，建立距离和相位之间的关系实现TOF相机深度标定。其深度标定精度由可编程延时器时间控制精度和TOF相机重复精度共同决定。这种标定方法解决了导轨标定方案空间的限制和人力的需求。

技术领域

本发明涉及三维相机的标定方法，特别是一种基于可编程延时线的TOF相机深度标定方法。

背景技术

近年来，3D技术越来越多的应用在娱乐、工业、医疗和安防上，各种3D成像技术不断涌现并进入生活和生产中。深度相机按照深度测量原理不同，一般分为：飞行时间法(TOF)、结构光法、双目立体视觉法(Stero Vision)。其中TOF相机其基本原理是通过测量光从发出到经过物体反射回相机的时间来测量物体到相机的间距。其大致可分为脉冲TOF(P_TOF)和连续波调制TOF(CVM_TOF)。P_TOF发射光脉冲(一般为不可见光)到被观测物体上，然后接收从物体反射回来的光脉冲，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来计算被测物体离相机的距离；CVM_TOF首先发出一束调制的连续光，通过测量光返回和传输的相位差进行，反推光飞行时间进行测距的。这种TOF相机采用最直接的测量手段进行深度成像，以最小的计算资源获得较佳的深度信息，因而得到广泛的应用。

通常对TOF相机进行深度标定采用导轨进行最直接地标定，将TOF相机面朝白墙安置在不同的距离分别成像，建立测量距离与真实距离的关系，从而修正测量距离以获得更准确的深度图。这种方法对人力需求过大，需要人工手动将相机安放在不同距离上，最近一种采用机械臂代替人工的标定方法也开始流行。但是这种标定方法也同样面临着另外一个问题，就是标定空间的限制，比如当标定需求达到30m之远，成像角度达到60°时，用于标定的白墙尺寸至少需要30m*30m，标定难度随着标定距离的增加迅速变大。

发明内容

本发明提供了一种基于可编程延时线的TOF相机深度标定方法。本发明是一种TOF相机导轨标定的替代方法，是一种对标定空间和人力需求都很小的标定方法，适合TOF相机批量生产时深度标定。

本发明提出的基于可编程延时线的TOF相机深度标定的方法，是利用可编程延时器件，对TOF相机照明模块的驱动信号进行延时，以虚拟出标定所需要不同深度代替导轨标定时真实的不同距离，实现TOF相机快速标定，一种基于可编程延时线的TOF相机深度标定方法，具体标定步骤为：

(1)将TOF相机切换到灰度图模式，进行相机的镜头标定；

(2)将TOF相机置于标定物前某一距离，在TOF相机中的深度传感芯片温度稳定之前进行温度标定和补偿；

(3)深度传感芯片温度稳定之后，通过在TOF相机的照明驱动电路之前接入可编程延时线实现驱动信号可控延时，采集不同的延时锁相(DLL)下的相位图phi(n)；

(4)将标定模板紧贴标定物，标定出TOF相机与标定物的相对位姿关系，利用TOF相机镜头内外参生成标定距离下的标定物的深度图Img(0)；

(5)生成每一步DLL下的深度图Img(n)，其中Img(n)＝Img(0)+DLL(n)，其中，DLL(n)为第n步DLL对应的虚拟出来的距离，其大小为延时时间与光速的乘积的一半；并读取每一步延时锁相(DLL)下的相位图phi(n)；

(6)对深度图Img和相位图phi中每一个对应像素建立函数关系，生成标定矩阵；

(7)在实际深度成像时，通过相位图中每一个像素的相位值依据标定出的成标定矩阵反推深度，从而实现准确的三维成像。

进一步的，所述温度标定和补偿具体步骤如下：

(1)开机之后，在深度传感芯片温度稳定之前，持续读出温度T并保存对应温度下的相位图pht(T)；