CN101065683B - 3d相机的误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种根据四抽头3D相机传感器的输出确定场景中的距离值d的方法，其中，所述距离d根据在预定积分时间Tintg期间在成像器传感器的像素中累积的电荷而确定。根据本发明，预定积分时间Tintg被划分为多个部分积分时间间隔(T₁，T₂，T₃，T₄)，并且所述距离值d是在每个所述部分积分时间间隔(T₁，T₂，T₃，T₄)结束时所述四个抽头中每个抽头的响应来计算的。

Description

3D相机的误差补偿方法

技术领域

本发明整体涉及一种基于成像器(imager)系统的机动车辆乘客感测系统，更具体而言，涉及一种3D相机的误差补偿方法，一种采用3D飞行时间(time-of-flight)相机改善距离确定的方法。

背景技术

在机动车辆中，对于诸如安全气囊等等的辅助约束系统的适当控制需要对与安全气囊相关的车辆座位的乘客状态进行可靠感测。如果辅助系统的使用适应于车辆座位的实际乘客位置，该系统在实际中将最为有效。此外，为了在乘客离开位置时，例如在乘客处于使用安全气囊将造成对乘客的严重伤害的情况下，使得安全气囊无效，对于可能的乘客的位置的可靠感测是非常重要的。

一种乘客感测系统是基于光学成像器系统，其用于确定乘客的存在，和/或者其当前就座位置和/或者例如乘客头部的定位。这种光学成像器系统包括用于监视特定感测区域的例如CCD或者CMOD相机，以及用于评价该相机采集的图像的相关控制单元。该控制单元使用合适的图像处理算法，检测指示例如乘客存在的预定图案，并且检测特定部位的位置，例如乘客头部。根据该位置，控制单元可以得到乘客的就座位置，并生成对于安全气囊控制单元的相应控制信号。

由于必须在三维空间中确定乘客的位置，因此有利的是使用3D相机，其在记录位置图像的同时还记录深度信息。这种3D相机通常基于飞行时间(TOF)原理，其中，到目标的距离是根据在成像器的像素中特定积分时间内累积的电荷而确定的。因此，这种相机可以立即提供实现三维空间中位置确定所需要的数据。

然而，当前已知的四抽头成像器传感器会遇到固有的增益误差和偏移误差问题。这些误差被3D-TOF相机转换为距离测量中的误差。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种方法，用于根据3D成像器的传感器响应确定校正距离值。

发明的一般描述

为了克服上述问题，本发明提出一种方法，用于根据四抽头3D成像器传感器的输出确定场景中的距离值d，其中，所述距离值d根据在预定积分时间T_intg内在所述成像器传感器的像素中累积的电荷而确定，其中，所述预定积分时间T_intg被划分为多个部分积分时间间隔，并且其中，所述距离值d根据在每个所述部分积分时间间隔结束时所述四个抽头中各个抽头的响应来计算的。

在本方法的优选实施例中，部分积分时间间隔的数量为4，和/或者各个部分积分时间间隔具有相同的长度。

在对场景进行记录期间，通常用产生照明的光源照亮所述场景。在本发明的优选实施例中，该照明对于每个部分积分时间间隔都具有不同的相位。例如，所述场景可以由产生照明的光源照亮，其中，所述照明的相位在两个连续的部分积分时间间隔之间偏移90度。

用于确定校正距离值的方法优选地包括以下步骤：

a)将所述预定积分时间T_intg划分为长度相同的4个部分积分时间间隔T₁、T₂、T₃、T₄；

b)在第一个积分时间间隔T₁结束时，确定4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_0}、A_{1_0}、A_{2_0}、A_{3_0}，所述各个输出电压值与所述4个抽头的每一个中在该积分时间间隔T₁期间累积的电荷成比例；

c)在第一个积分时间间隔T₁结束时且在第二个积分时间间隔T₂开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移90度；

d)在第二个积分时间间隔T₂结束时，确定4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_90}、A_{1_90}、A_{2_90}、A_{3_90}，所述各个输出电压值与所述4个抽头的每一个中在该积分时间间隔T₂期间累积的电荷成比例；

e)在第二个积分时间间隔T₂结束时且在第三个积分时间间隔T₃开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移180度；

f)在第三个积分时间间隔T₃结束时，确定4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_180}、A_{1_180}、A_{2_180}、A_{3_180}，所述各个输出电压值与所述4个抽头的每一个中在该积分时间间隔T₃期间累积的电荷成比例；

g)在第三个积分时间间隔T₃结束时且在第四个积分时间间隔T₄开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移270度；

f)在第四个积分时间间隔T₄结束时，确定4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_270}、A_{1_270}、A_{2_270}、A_{3_270}，所述各个输出电压值与所述4个抽头的每一个中在该积分时间间隔T₄期间累积的电荷成比例；

可以使用以下公式确定校正距离d(以m为单位)：

$d=\frac{c}{f\·4\·\mathrm{\π}}\·a\tan 2(A_{2\_0}+A_{3\_90}+A_{0\_180}+A_{1\_270}-(A_{0\_0}+A_{1\_90}+A_{2\_180}+A_{3\_270}),$

$A_{3\_0}+A_{0\_90}+A_{1\_180}+A_{2\_270}-(A_{1\_0}+A_{2\_90}+A_{3\_180}+A_{0\_270}))$

其中，atan2(x，y)是元素x和y的实数部分的四象限反正切函数，c是光速(以m/s为单位)，f是照明的调制频率(以Hz为单位)。

在本实施例中，和运算和差运算实现为数字硬件加法器和减法器，和/或者除法运算和四象限反正切运算实现为使用数字逐次逼近法器件从直角坐标到极坐标的转换。

因此，本发明的思想是将积分时间间隔分割为等长的短时间间隔，记录在每个短时间间隔结束时的4个集成抽头的响应，并且使用这16个值来进行具有较小误差的距离计算。

优点是基于该方法的距离计算得到具有较小误差的距离输出。可以完全消除在时间上恒定的增益误差和偏移误差。

对于根据现有技术的3D图像的测量而言，成像器需要T_intg的积分时间间隔，该时间间隔延续几个调制周期，即，该时间间隔包含多个照明周期.在此所述的改进方法将该时间间隔划分为长度基本上相同的4个时间间隔T₁、T₂、T₃、T₄：T₁＝T₂＝T₃＝T₄＝T_intg/4。

在第一个积分时间间隔T₁结束时，测量4个抽头Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的输出电压，并且将其存储为A_{0_0}＝Tap₀、A_{1_0}＝Tap₁、A_{2_0}＝Tap₂、A_{3_0}＝Tap₃。所述输出电压值与在该积分时间间隔T₁期间累积的电荷成比例。

在下一个积分时间间隔T₂期间，将照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移90度。在第二个积分时间间隔T₂结束时，测量4个抽头Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的输出电压，并且将其存储为A_{0_90}＝Tap₀、A_{1_90}＝Tap₁、A_{2_90}＝Tap₂、A_{3_90}＝Tap₃。所述输出电压值与在该积分时间间隔T₂期间累积的电荷成比例。

在下一个积分时间间隔T₃期间，将照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移180度。在第三个积分时间间隔T₃结束时，测量4个抽头Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的输出电压，并且将其存储为A_{0_180}＝Tap₀、A_{1_180}＝Tap₁、A_{2_180}＝Tap₂、A_{3_180}＝Tap₃。所述输出电压值与在该积分时间间隔T₃期间累积的电荷成比例。

在下一个积分时间间隔T₄期间，将照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移270度。在第四个积分时间间隔T₄结束时，测量4个抽头Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的输出电压，并且将其存储为A_{0_270}＝Tap₀、A_{1_270}＝Tap₁、A_{2_270}＝Tap₂、A_{3_270}＝Tap₃。所述输出电压值与在该积分时间间隔T₄期间累积的电荷成比例。

然后，按照以下公式，使用所存储的值计算以m为单位的校正距离d：

$d=\frac{c}{f\·4\·\mathrm{\π}}\·a\tan 2(A_{2\_0}+A_{3\_90}+A_{0\_180}+A_{1\_270}-(A_{0\_0}+A_{1\_90}+A_{2\_180}+A_{3\_270}),$

$A_{3\_0}+A_{0\_90}+A_{1\_180}+A_{2\_270}-(A_{1\_0}+A_{2\_90}+A_{3\_180}+A_{0\_270}))$

其中，atan2(x，y)是元素x和y的实数部分的四象限反正切函数，c是以m/s为单位的光速，f是以Hz为单位的照明的调制频率。

Claims (9)

1.用于根据四抽头3D成像器传感器的输出确定距离值d的方法，其中，所述距离值d根据在预定积分时间T_intg内在所述成像器传感器的像素中累积的电荷而确定，其特征在于，所述预定积分时间T_intg被划分为多个部分积分时间间隔，并且其中，所述距离值d是基于在每个所述部分积分时间间隔结束时所述四个抽头中各个抽头的响应来计算的。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述部分积分时间间隔具有相同的长度。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述部分积分时间间隔的数量为4。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述场景由产生照明的光源照亮，所述照明对于每个所述部分积分时间间隔都具有不同的相位。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述场景由产生照明的光源照亮，并且其中，所述照明的相位在两个连续的部分积分时间间隔之间偏移90度。

6.如权利要求1到5中任意一个所述的方法，包括以下步骤：

a)将所述预定积分时间T_intg划分为长度相同的4个部分积分时间间隔T₁、T₂、T₃、T₄；

b)在所述第一个积分时间间隔T₁结束时，确定所述4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_0}、A_{1_0}、A_{2_0}、A_{3_0}，所述各个输出电压值分别与在所述部分积分时间间隔T₁期间在所述4个抽头的每一个中累积的电荷成比例；

c)在所述第一个积分时间间隔T₁结束时且在所述第二个积分时间间隔T₂开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移90度；

d)在所述第二个积分时间间隔T₂结束时，确定所述4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_90}、A_{1_90}、A_{2_90}、A_{3_90}，所述各个输出电压值分别与在所述部分积分时间间隔T₂期间在所述4个抽头的每一个中累积的电荷成比例；

e)在所述第二个积分时间间隔T₂结束时且在所述第三个积分时间间隔T₃开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移180度；

f)在所述第三个积分时间间隔T3结束时，确定所述4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_180}、A_{1_180}、A_{2_180}、A_{3_180}，所述各个输出电压值分别与在所述部分积分时间间隔T₃期间在所述4个抽头的每一个中累积的电荷成比例；

g)在所述第三个积分时间间隔T₃结束时且在所述第四个积分时间间隔T₄开始之前，将场景照明的相位相对于在T₁期间使用的照明偏移270度；

h)在所述第四个积分时间间隔T₄结束时，确定所述4个抽头Tap₀、Tap₁、Tap₂、Tap₃的输出电压，并且将所确定的电压值分别存储为A_{0_270}、A_{1_270}、A_{2_270}、A_{3_270}，所述各个输出电压值分别与在所述部分积分时间间隔T₄期间在所述4个抽头的每一个中累积的电荷成比例。

7.如权利要求6所述的方法，包括使用以下公式确定所述校正距离值d的步骤：

$d=\frac{c}{f\·4\·\mathrm{\π}}\·a\tan 2(A_{2\_0}+A_{3\_90}+A_{0\_180}+A_{1\_270}-(A_{0\_0}+A_{1\_90}+A_{2\_180}+A_{3\_270}),$

A_{3_0}+A_{0_90}+A_{1_180}+A_{2_270}-(A_{1_0}+A_{2_90}+A_{3_180}+A_{0_270}))

其中，a tan2(x，y)是元素x和y的实数部分的四象限反正切函数，c是光速，f是所述照明的调制频率。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述和运算和差运算实现为数字硬件加法器和减法器。

9.如权利要求7所述的方法，其中，所述除法运算和四象限反正切运算实现为使用数字逐次逼近法器件从直角坐标到极坐标的转换.