CN113050073B - 参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置，能够提高参考平面的距离信息准确性的技术，从而提高障碍物的判定准确性。本申请提供的一种参考平面标定方法，包括以下步骤：提供距离检测设备，所述距离检测设备具有传感阵列以获取距离信息，所述传感阵列包括阵元；构建参考平面中各点与所述传感阵列中的各个阵元的对应关系，并根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系，获取所述参考平面中各点的标准距离信息域。

Description

参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置

技术领域

本申请涉及ToF领域，具体涉及参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置。

背景技术

飞行时间(ToF，Time of Flight)相机通过传感器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位来实现对被测物体的距离、三维结构或三维轮廓的测量。ToF传感器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。

人们通常使用ToF模组摄制待检测区域中的深度值图像或者灰度图像，以便针对该待检测区域进行分析，从而进行后续规划，如进行路径规划等。因此，ToF模组摄制的图像的准确性是非常重要的。

现有技术中，在进行障碍物检测时，通常会使用参考平面的距离信息作为对照组，并使用实测得到的距离信息与参考平面的距离信息进行比较，从而获取障碍物检测结果。但现有技术中，获取参考平面的距离信息时，如果待检测平面的周边有侧壁，或者待检测平面过于光滑，该待检测平面表面有倒影等，都会导致参考平面的标定误差。

亟需提出一种提高参考平面的距离信息准确性的技术，从而提高障碍物的判定准确性。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置，能够提高参考平面的距离信息准确性的技术，从而提高障碍物的判定准确性。

本申请提供的一种参考平面标定方法，包括以下步骤：

提供距离检测设备，所述距离检测设备具有传感阵列以获取距离信息，所述传感阵列包括阵元；

构建参考平面中各点与所述传感阵列中的各个阵元的对应关系，并根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系，获取所述参考平面中各点的标准距离信息。

可选的，所述距离检测设备包括传感阵列以及光学器件，根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系获取所述参考平面中各点的标准距离信息前，还包括以下步骤：

获取所述光学器件与所述参考平面的位置关系。

可选的，所述光学器件包括透镜，所述位置关系包括所述透镜的中心点相对于所述参考平面的高度。

可选的，根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系获取所述参考平面中各点的标准距离信息时，获取所述传感阵列中的各个阵元相对于所述参考平面的高度，并根据所述透镜的焦距将所述参考平面中各点对应至所述传感阵列中的各个不同高度的阵元。

可选的，所述透镜的中心点与所述传感阵列的中心行等高，依照以下等式获取所述标准距离信息：

其中，Depth(y)为所述传感阵列上一阵元y获取到的标定距离，ToF_Height为所述透镜的中心点相对于所述参考平面的高度，Fy为所述透镜的焦距在平行于参考平面的方向上的分量，v(y)为所述阵元y在所述传感阵列中相对于所述传感阵列中心行的高度。

本申请还提供了一种障碍物检测方法，包括以下步骤：

提供所述参考平面的标准距离信息，所述标准距离信息依据所述标定方法获取；

采用所述距离检测设备获取待测平面中各点的实测距离信息，所述参考平面为所述待测平面的理想平坦状态；

比较所述标准距离信息以及所述实测距离信息，并根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物。

可选的，根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物时，若存在点的实测距离信息小于对应的标准距离信息，则判定所述待测平面存在障碍物，否则，则判定所述待测平面无障碍物。

可选的，还包括以下步骤：给实测距离信息小于标准距离信息的点赋予第一特征值，并给其余点赋予第二特征值。

可选的，所述距离检测设备包括ToF模组。

本申请还提供了一种距离检测装置，包括：

ToF模组，用于获取距离信息；

控制器，连接至所述ToF模组，用于执行控制程序，以实现所述障碍物检测方法；

存储器，连接至所述控制器，并存储有所述控制程序对应的程序代码。

本申请的参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置利用所述距离检测装置的传感阵列中各个阵元与参考平面中各点的空间几何关系，将阵元与参考平面上各点对应起来，利用空间几何关系来计算获取所述参考平面的标准距离信息，避免了实际检测的过程中，空间中的其他结构，如倒影、侧壁等，对检测结果的影响，提高了参考平面的标准距离信息的准确性，也提升了依照该参考平面进行的障碍物判断的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施例中所述参考平面标定方法的步骤流程示意图。

图2为一实施例中所述参考平面标定方法的示意图。

图3为一实施例中所述传感阵列的示意图。

图4为一实施例中所述障碍物检测方法的步骤流程示意图。

图5为一实施例中距离检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对所述参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置进行进一步的说明。

请参阅图1，为一实施例中所述参考平面标定方法的步骤流程示意图。

在该实施例中，所述参考平面标定方法包括以下步骤：

步骤S101：提供距离检测设备，所述距离检测设备具有传感阵列以获取距离信息，所述传感阵列包括阵元。

所述距离检测设备包括传感阵列、ToF发射单元以及光学器件，所述ToF发射单元出射的检测光信号经过所述光学器件达到所述参考平面，所述参考平面的反射光信号被所述传感阵列所接收获取。

所述光学器件包括透镜，所述透镜的中心点与所述传感阵列的中心行的位置关系已知。在一些实施例中，所述透镜的中心点与所述传感阵列的中心行在同一直线上，且所述直线平行于理想平坦的参考平面。

所述传感阵列上的一个阵元一定对应能够到参考平面上的一点，基于小孔成像原理，可以利用对应的三角关系确定传感器阵列上每个像素点的空间测距值。

步骤S102：构建参考平面中各点与所述传感阵列中的各个阵元的对应关系，并根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系，获取所述参考平面中各点的标准距离信息。

这里的参考平面对应至待测平面的理想平坦状态，以便使用所述参考平面的标准距离信息来获取待测平面的障碍物情况。

请参阅图2，为一实施例中所述参考平面标定方法的示意图。在图2所示的实施例中，所述参考平面理想平坦。

由于所述传感阵列中阵元的数目有限，因此依据所述传感阵列获取到的标准距离信息矩阵分辨率也有限。这里所指的参考平面中的点需要根据所述阵元的数目、所述参考平面的大小进行具体划分，所述阵元对应到的点集合在一起应当能够表示整个所述参考平面。

根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系，获取所述参考平面中各点的标准距离信息时，依照以下等式获取所述标准距离信息：

其中，Depth(y)为所述传感阵列上一阵元y获取到的标定距离，ToF_Height为所述透镜的中心点相对于所述参考平面的高度，Fy为所述透镜的焦距在平行于参考平面的方向上的分量，v(y)为所述阵元y在所述传感阵列中相对于所述传感阵列中心行的高度。

所述透镜201、传感阵列301均垂直于所述参考平面，所述Fy为内参矩阵中变量，表征所述透镜201在y方向的等效焦距。在其他的实施例中，如果透镜201与所述参考平面M具有已知非直角夹角，则在利用所述阵元与对应点的空间关系求取所述参考平面M的标准距离信息时，需要求取光学器件的焦距在y方向上的分量。

请同时参阅图2和图3，其中图3为一实施例中传感阵列的示意图。

在该实施例中，所述距离检测设备的透镜201相较于参考平面M具有一定的高度，即图2中的ToF_Height。在该图2中，所述传感阵列以及所述透镜201均为规则形状，且所述传感阵列以及所述透镜201均设置在竖直方向上，且在竖直方向上具有相同的尺寸，所述传感阵列的中心行以及所述透镜201的中心点等高，均在预设平面M’上。

在图2中，所述传感阵列中的一个阵元用于获取该点b的距离信息，该阵元与所述预设平面M’的垂直距离为v1。所述传感阵列中的另一个阵元用于获取点c的距离信息，该阵元与所述预设平面M’的垂直距离为v2。

对点b来说，根据空间几何关系获取到的距离信息为：

所述Depth1为点b对应到的传感阵列中的阵元1获取到的距离信息，v1为所述阵元1相对于预设平面M’的距离。

对点c来说，根据空间几何关系获取到的距离信息为：

所述Depth2为点c对应到的传感阵列中的阵元2获取到的距离信息，v2为所述阵元2相对于预设平面M’的距离。

请参阅图3，图3中给出了传感阵列301，以及传感阵列301中的阵元302。

可以看出，所述传感阵列301中的阵元302呈规则排布，且所述传感阵列301的中心行过所述预设平面M’，在所述距离检测设备安装至待测平面后，所述传感阵列301中各行阵元均平行或经过所述预设平面M’，在使用图3所示的传感阵列301时，能够非常轻易的将参考平面M(详见图2)的各点对应到所述传感阵列301的阵元302。

在该图2中，使用第一阵元303对应到c点，根据第一阵元303与所述c点的空间几何关系，获取所述c点的距离信息。L1列中所有阵元用于采集图2中z＝0、x＝0所在直线上的点的距离信息，D1行中所有阵元用于采集y＝c、z＝0所在直线上的点的距离信息。

通过将标准平面M上各点对应到所述传感阵列301中各个阵元302的方法，利用各个阵元302与参考平面M上对应点的空间几何关系，来求取该点的距离信息，因此无需设置真实的参考平面，直接通过几何关系来标定所述参考平面，简单方便，不会被真实环境中的侧壁、倒影等影响，获取到的参考平面更加贴近理想参考平面，因此，依据该参考平面进行的后续操作也更加精准。

本申请的实施例中还提供了一种障碍物检测方法。

请参阅图4，为一实施例中所述障碍物检测方法的步骤流程示意图。所述障碍物检测方法包括以下步骤：

步骤S401：提供所述参考平面的标准距离信息，所述标准距离信息依据所述的标定方法获取。

步骤S402：采用所述距离检测设备获取待测平面中各点的实测距离信息，所述参考平面为所述待测平面的理想平坦状态。

所述距离检测设备包括ToF模组，所述ToF模组包括ToF发射单元和所述传感阵列，所述ToF发射单元用于出射检测光信号，所述传感阵列用于接收外界反射回来的反射光信号。所述ToF模组能够用于获取待测平面的深度检测值和灰度检测值，以生成深度图像以及灰度图像，所述距离信息矩阵即为所述深度图像，所述传感阵列中每一阵元获取到的对应点的距离信息，即对应至该点的深度检测值。

在步骤S401以及步骤S402中均使用距离检测设备来实现相应的距离信息采集功能，利用了距离检测设备的自身参数，包括所述透镜201的高度、焦距以及传感阵列中阵元的位置等。

步骤S403：比较所述标准距离信息以及所述实测距离信息，并根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物。

根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物时，若存在点的实测距离信息小于对应的标准距离信息，则表面当前待测平面有凸起的障碍物，挡住了射向预设位置的检测光信号，造成所述实测距离信息相机相较于所述标准距离信息偏小，此时，可以判定所述待测平面存在障碍物，否则，则判定所述待测平面无障碍物。

在判定所述待测平面存在障碍物时，输出状态值以标记所述待测平面当前的具有障碍物，以便根据状态值获取到障碍物存在情况，进行相应的判断操作。

在进行状态值标记时，还可以结合具体的实测距离矩阵进行后续分析。具体的，给实测距离信息小于标准距离信息的点赋予第一特征值，并给其余点赋予第二特征值。由于阵元与参考平面、待测平面中的点均具有唯一对应的关系，因此，在所述阵元被标记了特征值后，根据所述第一特征值的分布，就可以知道待测平面中哪一些区域存在障碍物，在后续的规划中，能够更加方便针对待测平面中的障碍物进行相应规划。

所述障碍物检测方法还包括以下步骤：改变所述距离检测设备的朝向，从而改变所述ToF发射单元的出光方向，此时，所述距离检测设备与所述参考平面上对应的各点的空间几何关系发生变化，需要重新进行参考平面标定，获取更新好的标准距离信息。

需要注意的是，改变所述ToF发射单元的出光方向时，所述传感阵列的朝向也跟随发生变化。此处可参阅图2，所述传感阵列301与所述透镜201的朝向一致，均朝向所述参考平面M的垂直面。

在该实施例中，改变所述距离检测设备的朝向，可以更改所述距离检测设备对待测平面的检测覆盖区域，如在图2所示的实施例中，将所述ToF发射单元的检测光信号的方向沿朝向参考平面M的方向旋转，则所述检测覆盖区域往y轴的负方向移动。本领域的技术人员可以根据需要改变所述ToF发射单元出射的检测光信号的方向。

本申请的实施例中还提供了一种距离检测装置。

请参阅图5，所述距离检测装置包括ToF模组501、控制器502以及存储器503。

所述ToF模组501用于获取距离信息，包括ToF发射单元和所述传感阵列，所述ToF发射单元用于出射检测光信号，所述传感阵列用于接收外界反射回来的反射光信号。所述ToF模组501用于获取待测平面的深度检测值和灰度检测值，以形成深度图像以及灰度图像。所述距离信息矩阵即为所述深度图像，所述传感阵列中每一阵元获取到的对应点的距离信息，即对应至该点的深度检测值。

所述ToF模组501还包括透镜201(如图2所示)，所述透镜设置在所述ToF模组501出射的检测光信号的光路上。

所述控制器502连接至所述ToF模组501，用于执行控制程序，以实现所述的障碍物检测方法。所述控制器502包括单片机、微控制器502、可编程逻辑器件中的至少一种。

所述存储器503连接至所述控制器502，并存储有所述控制程序对应的程序代码。所述存储器503包括NAND flash、NOR Flash等存储器503中的至少一种。

本申请的参考平面标定方法、障碍物检测方法以及距离检测装置利用所述距离检测装置的传感阵列与参考平面中各点的对应关系，和空间几何关系，来获取所述参考平面中各点的标准距离信息，避免了对实际的参考平面进行检测来获取所述标准距离信息时，空间中的其他结构，如倒影，或者侧壁等，所述检测结果的影响，提高了参考平面的标准距离信息的准确性，也提升了依照该参考平面进行的障碍物判断的准确性。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种参考平面标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供距离检测设备，所述距离检测设备具有传感阵列以获取距离信息，所述传感阵列包括阵元；所述距离检测设备包括传感阵列、ToF发射单元以及光学器件；

获取所述光学器件与所述参考平面的位置关系；

构建参考平面中各点与所述传感阵列中的各个阵元的对应关系，并根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系，获取所述参考平面中各点的标准距离信息；所述参考平面对应至待测平面的理想平坦状态，以便使用所述参考平面的标准距离信息来获取待测平面的障碍物情况；

所述光学器件包括透镜，所述位置关系包括所述透镜的中心点相对于所述参考平面的高度；根据所述参考平面中各点与对应的阵元的空间几何关系获取所述参考平面中各点的标准距离信息时，获取所述传感阵列中的各个阵元相对于所述参考平面的高度，并根据所述透镜的焦距将所述参考平面中各点对应至所述传感阵列中的各个不同高度的阵元。

2.根据权利要求1所述的参考平面标定方法，其特征在于，所述透镜的中心点与所述传感阵列的中心行等高，依照以下等式获取所述标准距离信息：

其中，Depth(y)为所述传感阵列上一阵元y获取到的标定距离，ToF_Height为所述透镜的中心点相对于所述参考平面的高度，Fy为所述透镜的焦距在平行于参考平面的方向上的分量，v(y)为所述阵元y在所述传感阵列中相对于所述传感阵列中心行的高度。

3.一种障碍物检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供参考平面的标准距离信息，所述标准距离信息依据权利要求1至2任一项所述的标定方法获取；

采用所述距离检测设备获取待测平面中各点的实测距离信息，所述参考平面为所述待测平面的理想平坦状态；

比较所述标准距离信息以及所述实测距离信息，并根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物。

4.根据权利要求3所述的障碍物检测方法，其特征在于，根据比较结果判断所述待测平面是否有障碍物时，若存在点的实测距离信息小于对应的标准距离信息，则判定所述待测平面存在障碍物，否则，则判定所述待测平面无障碍物。

5.根据权利要求3所述的障碍物检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：给实测距离信息小于标准距离信息的点赋予第一特征值，并给其余点赋予第二特征值。

6.根据权利要求3所述的障碍物检测方法，其特征在于，所述距离检测设备包括ToF模组。

7.一种距离检测装置，其特征在于，包括：

ToF模组，用于获取距离信息；

控制器，连接至所述ToF模组，用于执行控制程序，以实现如权利要求3至6任一项所述的障碍物检测方法；

存储器，连接至所述控制器，并存储有所述控制程序对应的程序代码。

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