CN112270712A - 一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统 - Google Patents

一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统，该标定方法包括：调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；获取深度相机模组在所述预设环境温度值下对标定板的测量深度值、光源实时温度值和传感器实时温度值；计算所述测量深度值与标定板实际深度值之间的差值，获得测量误差；构建拟合函数，并利用所述拟合函数将所述预设环境温度值、所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值与所述测量误差进行拟合，并计算出所述拟合函数中待定系数的最优解；将所述待定系数的最优解作为所述深度相机模组的温漂系数。

Description

一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统
技术领域
本发明涉及传感器标定技术领域，具体涉及一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统。
背景技术
深度相机可以用于获取目标物体的深度信息以此实现3D扫描、场景重建、识别和交互等。深度相机根据原理不同主要可分为结构光深度相机、双目视觉深度相机、飞行时间深度相机等。深度相机通常包括光源和传感器，其中光源用于向目标物体发射光束，光束可以是结构光光束、脉冲光束等，被目标物体反射的光束入射到传感器中，经过一系列的处理后获取目标物体的深度信息。
在利用深度相机进行深度测量时，由于受到温度、光照等影响，深度相机获取的深度信息往往存在较大的误差，因此需要对深度相机模组进行温漂标定。一方面，深度相机设备使用的环境多变导致深度相机自身的温度也会随着环境温度的改变而发生改变；另一方面，现有技术中通常需要对每一个深度相机模组进行温漂标定，不利于大批量的生产。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种基于深度相机模组的温漂标定方法及系统，以解决现有技术中需要对每一个深度相机模组进行温漂标定，不利于大批量生产的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于深度相机模组的温漂标定方法，包括：
调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；
获取所述深度相机模组在所述预设环境温度值下对标定板的测量深度值、光源实时温度值和传感器实时温度值；
计算所述测量深度值与所述标定板的实际深度值之间的差值，获得测量误差；
构建拟合函数，并利用所述拟合函数将所述预设环境温度值、所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值与所述测量误差进行拟合，并计算出所述拟合函数中待定系数的最优解；
将所述待定系数的最优解作为所述深度相机模组的温漂系数。
在一些实施例中，选取同一批次的多个深度相机模组作为标定样本，对于每个标定样本：分别调节其所处环境的温度至多个预设环境温度值，并分别获取每个预设环境温度值下的所述测量深度值、所述光源实时温度值和所述传感器实时温度值。
优选地，选取全部或部分标定样本的数据来构建拟合函数方程组，求解所述拟合函数中待定系数的最优解。
优选地，在求解所述拟合函数方程组时，采用最小二乘法求解以获取所述待定系数的最优解。
优选地，所述拟合函数的形式如下：
Δy＝ax1+bx2+cx3+d
其中，Δy表示所述测量误差；x1、x2、x3分别表示所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值、所述预设环境温度值；a、b、c、d表示深度相机模组的温漂系数，为所述拟合函数的待定系数。
优选地，所述温漂标定方法还包括：在得到所述待定系数的最优解之后，判断深度相机模组的拟合深度值与实际深度值之间的拟合误差是否满足预设精度范围；
若满足，则将当前所述待定系数的最优解作为该批次深度相机模组的温漂系数；
若不满足，则重新计算所述待定系数的最优解获取新的温漂系数。
优选地，在求解所述拟合深度值时的环境温度为所述多个预设环境温度值中的任一个温度值。
优选地，在判断度相机模组的拟合误差是否满足预设精度范围时，选取多个深度相机模组作为检测样本，所述检测样本中至少包含一个所述标定样本；
对每个所述检测样本，都求解其对应的拟合误差；
并根据所有所述检测样本的所述拟合误差满足预设精度范围的情况，来判断当前待定系数的最优解是否为正确的温漂系数。
一种基于深度相机模组的温漂标定系统，包括：
调温单元，用于调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；
深度相机模组，用于在所述预设环境温度值下获取标定板的测量深度值；
测温单元，用于在所述预设环境温度值下获取深度相机模组的光源和传感器的实时温度值；
第一计算单元，用于计算所述测量深度值与标定板实际深度值之间的测量误差；
拟合单元，用于构建拟合函数并将所述预设环境温度值、所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值与所述测量误差进行拟合，并计算出所述拟合函数中待定系数的最优解。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的温漂标定方法。
本发明的有益效果在于：通过采集同一批次中多个深度相机模组在多个温度下的深度测量误差，结合环境温度、传感器温度和光源温度，构建拟合函数求解出最优解，最终可以实现同一批次的深度相机模组使用同一组温漂系数，且这组温漂系数可以满足不同温度下的应用场景，在大批量生产中能够有效的提升生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例基于深度相机模组的温漂标定方法的流程图；
图2是本发明实施例基于深度相机模组的温漂标定系统的系统框图；
图3是本发明实施例基于深度相机模组的温漂标定系统采集数据的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1所示为本发明一实施例的温漂标定方法流程图。如图1所示，一种基于深度相机模组的温漂标定方法的步骤如下：
S101、调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；
预设环境温度值用于模拟深度相机模组应用于不同的使用场景，例如可选择设置的环境温度为-10℃、-5℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等。在调温时，可控制温度变化满足从大到小或从小到大的变化趋势调节。假设将深度相机模组放置在一个温控箱内，选择从低温到高温逐渐升高的变化趋势调节，当温度调节到某一预设环境温度值时，恒温10min保持稳定后开启深度相机模组用于测量放置于固定距离处的标定板的深度。
S102、获取深度相机模组在预设环境温度值下对标定板的测量深度值、光源实时温度值和传感器实时温度值；
当调节到每一个预设环境温度值且稳定一段时间(比如上述提到的10min)时，利用深度相机模组获取此时标定板的测量深度值。另外，深度相机模组的光源和传感器受到自身情况的影响，实时温度值与环境温度值不一定相同，特别是随着工作时间的增大，实时温度值会高于环境温度值。因此，在预设环境温度下，还利用温度传感器测量光源和传感器的实时温度值。在进行数据采集过程中，每一个深度相机模组在每一个预设环境温度值下，至少采集一次光源和传感器的实时温度值以及相应的测量深度值构成一组采样数据，这样一来，对于一个深度相机模组而言，就可得到对应于多个预设环境温度值的多组采样数据。在一些实施例中，从同一批次生产的多个深度相机模组中选择一定数量状态良好的深度相机模组作为标定样本，比如选取100个深度相机模组作为标定样本用于获取一系列的采样数据。
S103、计算测量深度值与标定板的实际深度值之间的差值，获得测量误差；
在温漂标定过程中，可示例性地设置标定板距离深度相机模组的距离D恒定为500mm，调节深度相机模组所在的环境温度发生变化时，受到温度的影响导致深度相机模组测量到的测量深度值也会发生变化从而产生测量误差。对于作为标定样本的每一个深度相机模组，在每一预设环境温度下，都计算测量深度值与实际深度值之间的差值，获得对应的测量误差。
S104、构建拟合函数，并利用拟合函数将预设环境温度值、光源实时温度值、传感器实时温度值与测量误差进行拟合，并计算出拟合函数中待定系数的最优解；
在一个实施例中，构建如下形式的拟合函数：
Δy＝ax1+bx2+cx3+d
其中，Δy表示测量深度值与实际深度值之间的测量误差；x1、x2、x3分别表示光源实时温度值、传感器实时温度值、预设环境温度值；a、b、c、d表示深度相机模组的温漂系数，为所述拟合函数的待定系数。
根据前述，选取同一批次中的多个深度相机模组作为标定样本，每个标定样本都执行步骤S101～S103，则每个标定样本就会得到对应于多个预设环境温度值的多组待拟合数据，每一组所述待拟合数据包含相应预设环境温度值、在该预设环境温度值下的测量误差、光源实时温度值和传感器实时温度值；再将所有标定样本的待拟合数据作为求解上述拟合函数中待定系数的样本数据。在利用样本数据求解拟合函数中的待定系数时，可以选取其中的n(n大于待定系数的个数)组待拟合数据或者采用全部的样本数据来构建拟合函数方程组，如下：
Figure BDA0002671395310000051
其中，n代表所选取的用来构建拟合函数方程组求解待定系数的待拟合数据的总组数，可以是所有标定样本的待拟合数据的总组数，也可以是其中的若干组。
通过求解上述方程组得到待定系数a、b、c、d的最优解，即只求得一组解，在一个实施例中可采用最小二乘法求解最优解。具体的求最优解过程属于常规的计算方法，在此不做具体描述。
S105、将待定系数的最优解作为深度相机模组的温漂系数；
将求解出的待定系数a、b、c、d的最优解作为深度相机模组的温漂系数，可用于在深度相机测量距离时校正由温度引起的测量误差。
通过构建拟合函数求解出最优解，最终可以实现同一批次的深度相机模组使用同一个温漂系数，且这个温漂系数可以满足不同温度的应用场景，对于大批量生产中能够有效的提升生产效率。
进一步地，在步骤S105中，还包括：
将最优解作为温漂系数，检测深度相机模组的拟合深度值与实际深度值之间的拟合误差是否满足预设精度范围。若满足，则将最优解作为温漂系数；若不满足，重复步骤S101～S104重新计算最优解。
具体地，假设当前得到的待定系数最优解记为a'、b'、c'、d'，拟合深度值通过如下方式计算得到：
在一定环境温度x3'下，开启深度摄像机模组测量位于距离D处的目标，获得该环境温度下的测量深度值D1，同时，获取此时的光源实时温度值x1'和传感器实时温度值x2'，并将此时的环境温度值x3'以及此时的光源实时温度值x1'、传感器实时温度值x2'三者代入拟合函数，同时将当前所述待定系数的最优解a'、b'、c'、d'作为已知系数代入拟合函数Δy＝ax1+bx2+cx3+d，即等号右侧均为已知，求解出此时等号右边的值Δy'即测量误差，再结合测量深度值D1计算拟合深度值D2，D2＝D1+Δy'。其中，计算拟合深度值时的环境温度可被设置为多个预设环境温度值中的任一个温度值。
计算拟合深度值D2与实际深度值D之间的拟合误差。根据拟合误差是否满足预设精度范围来判断当前待定系数最优解是否可作为正确的温漂系数，比如可以设置深度相机模组的预设精度范围为±5mm，则拟合误差的数值应处于[-5,5]的范围内，若满足则说明拟合出的温漂系数正确；若不满足，则说明拟合出的温漂系数不正确，需要重新采集数据拟合。
在一些实施例中，计算拟合误差判断当前的温漂系数是否正确时，可从同一批次的深度相机模组中选取多个深度相机模组作为检测样本，并对每个检测样本分别求解其对应的拟合误差，然后根据所有检测样本的拟合误差满足预设精度范围的情况，来判断当前待定系数的最优解是否为正确的温漂系数。在一个实施例中，检测样本中可包含至少一个标定样本。比如同样选择100个深度相机模组作为检测样本，然后判断每一个检测样本在任意一个预设环境温度下的拟合误差是否满足预设精度范围。更进一步地，若拟合误差满足预设精度范围的检测样本占总检测样本数的比例超过第一预定比例(比如设为90％)，则认为拟合给出的温漂系数是正确的。若拟合误差满足预设精度范围的检测样本占总检测样本数的比例小于所述第一预定比例且大于第二预定比例(比如设为10％)，则重新执行步骤S101～S104以重新计算待定系数的最优解以获取新的温漂系数，其中，具体的操作方法可以包括重新选择一批标定样本或增加标定样本的数量以获取新的样本数据根据已构建的拟合函数求解处待定系数的最优解；或，根据现有的样本数据重新构建其他形式的拟合函数并计算出待定系数的最优解等。若拟合误差满足预设精度范围的检测样本占总检测样本数的比例小于所述第二预定比例即小于10％，则将所述检测样本判定为非良品。通过进一步对温漂系数进行检测的环节，可以保证最终结果的准确性。
图2所示是本发明一个实施例基于深度相机模组的温漂标定系统的系统框图，如图2所示，所述温漂标定系统包括调温单元、深度相机模组、测温单元、第一计算单元和拟合单元，其中，调温单元用于调控深度相机模组处于预设环境温度下。其中，调温单元可以是温控箱、TEC温控设备等。
图3是该示例的温漂标定系统采集数据的示意图，如图3所示，在温控箱10中，在一固定台上放置深度相机模组20，在距离深度相机模组为距离D之处放置标定板30，通过温控箱10调节深度相机模组20所处环境的温度至预设环境温度值，在每个预设环境温度值下，利用深度相机模组20获取标定板30的测量深度值，同时利用传感器测量深度相机模组的光源和传感器的实时温度值，实现数据采集。
在一些实施例中，深度相机模组可以是结构光深度相机模组、双目视觉相机模组、TOF相机模组等其中的一种。
测温单元用于在预设环境温度下获取光源和传感器的实时温度值，其中，测温单元包括第一温度传感器、第二温度传感器，分别与光源和传感器连接用于获取光源和传感器的实时温度值。在一些实施例中，测温单元还包括第三温度传感器，用于获取环境温度值。
第一计算单元用于计算测量深度值与实际深度值的测量误差。
拟合单元用于构建拟合函数并根据拟合函数将测量误差与预设环境温度值、光源实时温度值和传感器实时温度值进行拟合，并计算出拟合函数中待定系数的最优解。在一个实施例中，拟合单元所构建的拟合函数为：
Δy＝ax1+bx2+cx3+d
其中，Δy表示测量深度值与实际深度值之间的测量误差；x1、x2、x3分别表示光源实时温度值、传感器实时温度值、预设环境温度值；a、b、c、d表示深度相机模组的温漂系数，为所述拟合函数的待定系数。
同时，拟合单元还从采集的标定样本的一系列采样数据中选择n组数据代入拟合函数，n的取值可以是一定的，也可以是全部的采样数据，得到方程组：
Figure BDA0002671395310000081
在此过程中，拟合单元可采用最小二乘法求解系数a、b、c、d的最优解，具体求解方法在此不再赘述。然后将该最优解作为深度相机模组的温漂系数。
在一些实施例中，该温漂标定系统还包括第二计算单元，用于检测将最优解作为温漂系数时，深度相机模组的拟合深度值是否满足预设精度范围，即拟合深度值与实际深度值之间的拟合误差是否在预设的范围内。如果满足，则说明当前最优解给出的温漂系数正确，如果不满足则说明温漂系数不正确、需要重新拟合。
具体而言，所述第二计算单元需要计算在当前最优解下的拟合深度值，并计算拟合深度值与实际深度值之间的拟合误差，然后判断该拟合误差是否在预设的范围内。比如预设的拟合误差允许范围±5mm，即拟合深度值与实际深度值之间的差值在5mm以内。通过该第二计算单元，可以进一步检测温漂系数是否正确，从而保证系统的准确性。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
所述集成的模块/单元如果以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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被服务器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，包括：
调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；
获取所述深度相机模组在所述预设环境温度值下对标定板的测量深度值、光源实时温度值和传感器实时温度值；
计算所述测量深度值与所述标定板的实际深度值之间的差值，获得测量误差；
构建拟合函数，并利用所述拟合函数将所述预设环境温度值、所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值与所述测量误差进行拟合，并计算出所述拟合函数中待定系数的最优解；
将所述待定系数的最优解作为所述深度相机模组的温漂系数。
2.如权利要求1所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，选取同一批次的多个深度相机模组作为标定样本，对于每个标定样本：分别调节其所处环境的温度至多个预设环境温度值，并分别获取每个预设环境温度值下的所述测量深度值、所述光源实时温度值和所述传感器实时温度值。
3.如权利要求2所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，选取全部或部分标定样本的数据来构建拟合函数方程组，求解所述拟合函数中待定系数的最优解。
4.如权利要求3所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，在求解所述拟合函数方程组时，采用最小二乘法求解以获取所述待定系数的最优解。
5.如权利要求1所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，所述拟合函数的形式如下：
Δy＝ax1+bx2+cx3+d
其中，Δy表示所述测量误差；x1、x2、x3分别表示所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值、所述预设环境温度值；a、b、c、d表示深度相机模组的温漂系数，为所述拟合函数的待定系数。
6.如权利要求1所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，还包括：在得到所述待定系数的最优解之后，判断深度相机模组的拟合深度值与实际深度值之间的拟合误差是否满足预设精度范围；
若满足，则将当前所述待定系数的最优解作为该批次深度相机模组的温漂系数；
若不满足，则重新计算所述待定系数的最优解获取新的温漂系数。
7.如权利要求6所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，在求解所述拟合深度值时的环境温度为所述多个预设环境温度值中的任一个温度值。
8.如权利要求6所述的基于深度相机模组的温漂标定方法，其特征在于，在判断度相机模组的拟合误差是否满足预设精度范围时，选取多个深度相机模组作为检测样本；
对每个所述检测样本，都求解其对应的所述拟合误差；
并根据所有所述检测样本的所述拟合误差满足预设精度范围的情况，来判断当前待定系数的最优解是否为正确的温漂系数。
9.一种基于深度相机模组的温漂标定系统，其特征在于，包括：
调温单元，用于调节深度相机模组所处环境的温度至预设环境温度值；
深度相机模组，用于在所述预设环境温度值下获取标定板的测量深度值；
测温单元，用于在所述预设环境温度值下获取深度相机模组的光源和传感器的实时温度值；
第一计算单元，用于计算所述测量深度值与标定板实际深度值之间的测量误差；
拟合单元，用于构建拟合函数并将所述预设环境温度值、所述光源实时温度值、所述传感器实时温度值与所述测量误差进行拟合，并计算出所述拟合函数中待定系数的最优解。
10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述的温漂标定方法。
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