CN113192144A - ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备，能够提升ToF模组摄制的图像的准确性。本申请提供的一种ToF模组参数修正方法包括以下步骤：步骤1：将ToF模组装配到预设平面，所述ToF模组的装配参数和出厂参数已知，并通过所述ToF模组获取所述预设平面各点的实测深度值；步骤2：建立所述预设平面的点与所述ToF模组的传感阵列中各个传感器阵元的空间几何对应关系，并根据该空间几何关系计算获取所述ToF模组的计算参数；步骤3：根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

Description

ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备

技术领域

本申请涉及ToF领域，具体涉及ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备。

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。

现有技术中，通常使用ToF模组摄制待测区域中的深度图像或者灰度图像，以便针对该待测区域进行分析，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非常重要。

亟需提出一种能够提升ToF模组摄制的图像的准确性的技术。

发明内容

鉴于此，本申请提供一种ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备，能够提升ToF模组摄制的图像的准确性。

本申请提供的一种ToF模组参数修正方法包括以下步骤：步骤1：将ToF模组装配到预设平面，所述ToF模组的装配参数和出厂参数已知，并通过所述ToF模组获取所述预设平面各点的实测深度值；步骤2：建立所述预设平面的点与所述ToF模组的传感阵列中各个传感器阵元的空间几何对应关系，并根据该空间几何关系计算获取所述ToF模组的计算参数；步骤3：根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

可选的，所述ToF模组还包括透镜，所述透镜的中心与所述传感阵列的中心在同一直线上，所述直线平行于所述预设平面，并垂直于所述传感阵列所在平面，所述装配参数包括所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度。

可选的，所述预设平面为理想预设平面，所述计算参数包括所述传感阵列的中心行相较于所述预设平面的计算高度、特征值以及偏移量，其中，所述计算高度根据下式获取：

其中，Y为所述传感阵列的中心行相较于所述预设平面的计算高度，depth1为点x的实测深度值，V为点x对应的传感器阵元的行位置，V0为所述传感阵列的中心行位置，fy为所述透镜的出厂焦距。

可选的，所述特征值根据下式获取：

其中，Yy为所述特征值，x_Size为所述传感阵列的列数，Y(j)为根据第j列的传感器阵元获取的计算高度。

可选的，所述偏移量根据下式获取：

其中，Yy为所述特征值，delta1为所述偏移量，H为所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度。

可选的，根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正时，包括以下步骤：获取各行传感器阵元对应的所述偏移量，并将所述偏移量中的最小偏移量作为所述装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

可选的在修正时，根据下式对所述装配参数进行修正：

H'＝H+deltay；

其中，所述H’为修正后的透镜的中心相对于所述预设平面的高度，deltay为所述装配参数偏移量。

可选的，根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正后，还包括以下步骤：绕旋转轴旋转所述ToF模组，所述旋转轴平行于所述预设平面，并垂直所述传感阵列所在平面，以改变各个传感器阵元所在行列与所述预设平面的位置关系，并基于旋转后的位置关系进行所述步骤1至步骤3。

本申请还提供了一种ToF装置，包括：ToF发射器件，用于发射检测光信号；传感阵列，用于接收外界反射回来的反射光信号；控制器，连接至所述ToF发射器件以及传感阵列，用于根据所述检测光信号以及所述反射光信号获取待测区域的深度值，以及用于执行计算机程序；存储器，连接至所述控制器，所述存储器存储有能够被所述控制器执行的计算机程序，且所述计算机程序被所述控制器执行时，能够执行如权利要求所述的ToF模组参数修正方法。

本申请还提供了一种电子设备，包括所述的ToF装置。

本申请的ToF模组参数修正方法、ToF装置及电子设备通过计算参数获取装配参数偏移量，从而进行装配参数的修正，非常简单方便，可以有效提高ToF模组输出的图像的准确性。

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ToF模组参数修正方法的步骤流程示意图。

图2为一实施例中所述ToF模组进行参数检验时的示意图。

图3为一实施例中所述ToF装置的连接关系示意图。

具体实施方式

研究发现，ToF模组会根据发射的检测光信号以及获取到的反射光信号，结合该ToF模组的装配参数和出厂参数，获取最终的灰度图像或深度图像，因此，ToF模组的装配参数和出厂参数的准确性会影响到最终获取到的灰度图像或深度图像的准确性。

其中，装配参数虽然可以在使用初期通过直接测量等方式测量出来，但随着时间的推移，在重力等外力的作用下，实际的装配参数还可能会发生变化，造成ToF模组最终输出的深度图像或灰度图像存在误差，因此，提出一种修正所述装配参数的方法或装置或设备，是本领域亟待解决的问题。

为了解决上述问题，本申请提出了一种ToF装置，该装置能够解决ToF模组的参数修正问题。

请参阅图2、图3，其中图2为所述ToF装置的结构示意图，图3为一实施例中所述ToF装置的连接关系示意图。

所述ToF装置包括ToF发射器件301、传感阵列302、控制器303以及存储器304，其中所述ToF发射器件301、传感阵列302和控制器303可以构成所述ToF模组300。

所述ToF发射器件301具备出光光源，能够通过所述出光光源向外界出射检测光信号。所述传感阵列302包括多个传感器单元构成的阵元，这些阵元阵列排布，形成所述传感阵列302，用于接收外界反射回来的反射光信号，并且，每个传感器单元对应深度图像或灰度图像中的一个像素点，对应至待测区域中的一个点，并且该像素点的值为该点的深度值。需要注意的是这里所说的点，具有一定的实体面积，也可以用“区块”、“区域”等词来进行说明。

所述ToF模组300还包括光学器件，所述光学器件设置在所述ToF发射器件301的出光方向上，用于增大光信号的检验效率。

在图2所示的实施例中，所述光学器件包括透镜201。所述透镜201与所述传感阵列302的相对位置由ToF模组300的生产厂商确定，在实际使用过程中，并不能直接对其进行调整，并且通常来说所述透镜201的中心与所述传感阵列302的中心在同一直线上，该直线也垂直于所述传感阵列302所在面。实际上，只要所述透镜201与所述传感阵列302的相对位置已知即可。

所述ToF模组300能够根据所述检测光信号和反射光信号获取所述预设平面上各区块的深度值，从而获取所述预设平面的深度图像。在所述ToF模组300与待测区域相对位置已知的情况下，所述传感阵列302中各个阵元与待测区域中各个区块的对应关系也已知。

所述ToF模组300内还包括控制器303，连接至所述ToF发射器件301以及传感阵列302，所述控制器303可以根据所述检测光信号、反射光信号、装配参数和出厂参数计算输出所述灰度图像和深度图像，还能够执行计算机程序。所述控制器303包括可编程逻辑器件、微控制器、单片机中的至少一种。

所述存储器304连接至所述控制器303，所述存储器304存储有能够被所述控制器303执行的计算机程序。

在一些其他的实施例中，所述ToF装置还包括输入输出设备305，连接至所述存储器304，用于供用户将ToF装置的出厂参数和装配参数输入至所述存储器304内。

本申请的实施例中还提供了一种ToF模组的参数修正方法，对图2、3所示的实施例中的ToF模组进行参数修正。

请同时参阅图1、图2和图3，其中图1为该修正方法的步骤流程示意图。

在该实施例中，所述ToF模组参数修正方法由上述实施例中的所述控制器303执行存储在所述存储器304中的计算机程序来实现。所述修正方法包括以下步骤：

步骤1：将ToF模组装配到预设平面，所述ToF模组的装配参数和出厂参数已知，通过所述ToF模组获取所述预设平面上各点的实测深度值。

所述预设平面指的是表面平坦的理想预设平面，该预设平面没有凹陷和凸起，可以排除凹陷和凸起对标定结果的影响。

在其他的实施例中，也可根据需要设置所述预设平面为具有已知起伏情况的平面，在进行相应的计算参数的计算时，只需要根据已知的起伏情况进行相应的修改即可，本领域的技术人员在获知本申请文件后，可以根据已有的数学、物理知识轻松的获取到相应的修改方案。

在通过所述ToF模组300获取所述预设平面各点的实测深度值时，所述ToF模组300通过所述ToF发射器件301发射检测光信号，并通过所述传感阵列302接收反射光信号。

步骤2：建立所述预设平面的点与所述ToF模组300的传感阵列302中各个传感器阵元的空间几何对应关系，并根据该空间几何关系计算获取所述ToF模组300的计算参数。

在该实施例中，所述透镜201的中心与所述传感阵列302的中心所在的直线平行于所述预设平面，因此，所述传感阵列302的中心行位置V0与所述透镜201中心相对于所述预设平面的高度ToF_Height相同。实际上，所述直线也可与所述预设平面呈一定夹角，只要所述夹角已知，本领域的技术人员很容易就能够根据该夹角获取所述传感阵列302的中心行位置与所述透镜201的中心的高度ToF_Height的关系。

所述ToF模组300中的透镜201中心、传感阵列302的中心行相对于所述预设平面的高度已知，所述透镜201的出厂焦距也已知。透镜201中心高度、传感阵列302的中心行位置是在装配后获取的，属于装配参数，透镜201的焦距则属于出厂参数。这些参数都会影响到所述ToF模组300最终输出的灰度图像和深度图像。

基于小孔成像原理和三角形相似的原理，将所述传感阵列302中与中间行阵元的高度差为V1的第一行阵元对应到所述预设平面中的b点，以及与中间行阵元的高度差为V2的第二行阵元对应到所述预设平面的c点，并获取所述b点的深度值depth1以及c点的深度值depth2。

在该实施例中，所述装配参数包括所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度，所述计算参数包括所述传感阵列的中心行相较于所述预设平面的计算高度、特征值以及偏移量。

请参考图2，基于小孔成像原理和三角形相似的原理，depth1/fy＝ToF_Height/V1，V1为b区块对应的该行阵元相较于所述预设平面的理论高度V与所述中心行相较于所述预设平面的理论高度V0的差值，此时，有ToF_Height＝(V1×depth1)/fy＝[(V－V0)*depth1]/fy。

所述ToF_Height为所述中心行的计算高度，V0为所述中心行相对于所述预设平面的位置。

因此根据下列等式获取所述传感阵列302的中心行的计算高度：

其中，Y为所述传感阵列302中的中心行相较于所述预设平面的计算高度，即为所述ToF_Height，depth1为点x的实测深度值，V为点x对应的传感器阵元的行位置，即为该传感器阵元相对于所述预设平面的高度，V0为所述传感阵列302的中心行位置，即为该中心行相对于所述预设平面的高度，fy为所述透镜201的出厂焦距。

在该实施例中，根据下式获取所述特征值：

其中，Yy为所述特征值，x_Size为所述传感阵列302的列数，Y(j)为根据第j列的传感器阵元获取的计算高度。

该式中，根据所述传感阵列302中第j列所有的传感器阵元，获取x_Size个计算高度，并求取x_Size个计算高度的平均值，并以该平均值Yy作为所述特征值。

基于已经获得的特征值Yy，根据下式获取所述偏移量：

其中，Yy为所述特征值，delta1为所述偏移量，H为所述透镜201的中心相对于所述预设平面的高度。

所述偏移量与传感器阵元相对于所述预设平面的高度有关，因此不同行的传感器阵元可能具有不同的偏移量。

步骤3：根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

由于不同行的传感器阵元可能具有不同的偏移量，因此在根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正时，包括以下步骤：获取各行传感器阵元对应的所述偏移量，并将所述偏移量中的最小偏移量作为所述装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

在该实施例中，使用最小偏移量作为所述装配参数偏移量，能够在起到一定修正作用的同时，避免因为装配参数偏移量过大而造成的负面影响。在其他的实施例中，也可根据需要处理各个偏移量，并将处理结果作为所述装配参数偏移量。这些处理包括对所有偏移量求平均、求中位数、众数等操作。

在修正时，根据下式对所述装配参数进行修正：

H'＝H+deltay；

其中，所述H’为修正后的所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度，deltay为所述装配参数偏移量，H为所述透镜201的中心相对于所述预设平面的高度。

由于上述实施例是根据第一种ToF模组300的装配方式进行的修正，且ToF模组300中传感阵列302与所述预设平面的相对位置关系会影响到最终的装配参数偏移量，因此，在第二种实施例中，还进一步的提供了旋转ToF模组300的操作，并针对旋转后的ToF模组300进行再次的出厂参数修正。

在该第二种实施例中，根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正后，还包括以下步骤：绕旋转轴旋转所述ToF模组300，所述旋转轴平行于所述预设平面，并垂直所述传感阵列302所在平面，以改变各个传感器阵元所在行列与所述预设平面的位置关系，原本所述传感阵列302中的行平行于所述预设平面，列垂直于所述预设平面，在旋转后，所述传感阵列302的行和列，与所述预设平面的关系发生变化。除了对旋转后的位置进行修正外，还基于旋转后的位置关系进行所述步骤1至步骤3。

在该第二种实施例中，所述ToF模组300旋转90°，使得所述传感阵列302中的行列发生了位置互换，原本的列平行于所述预设平面，原本的行垂直于所述预设平面，所述预设平面上的点与所述传感器阵元的对应关系也发生变化。

在旋转后，执行所述步骤1、步骤2、步骤3，即可获取这个方向上对出厂参数的修正。

在其他的实施例中，也可以旋转其他的角度，只要旋转角度已知，能够建立所述预设平面上的点与所述传感器阵元的对应关系即可。

并且，旋转并进行修正的次数越多，最终获取的修正结果越正确，因此，在实际的使用过程中，可根据需要适当增加旋转的次数和旋转的角度，以获取到更优的修正结果。

本申请还提供了一种电子设备，包括图2、图3的实施例中所述的ToF装置。所述电子设备由于具有该ToF装置，因此也能够实现参数标定，实现对相关参数的修正，非常简单方便，可以有效提高ToF模组输出的图像的准确性。

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 (10)

1.一种ToF模组参数修正方法，其特征在于，所述ToF模组包括传感阵列，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将ToF模组装配到预设平面，所述ToF模组的装配参数和出厂参数已知，并通过所述ToF模组获取所述预设平面各点的实测深度值；

步骤2：建立所述预设平面的点与所述ToF模组的传感阵列中各个传感器阵元的空间几何对应关系，并根据该空间几何关系计算获取所述ToF模组的计算参数；

步骤3：根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

2.根据权利要求1所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，所述ToF模组还包括透镜，所述透镜的中心与所述传感阵列的中心在同一直线上，所述直线平行于所述预设平面，并垂直于所述传感阵列所在平面，所述装配参数包括所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度。

3.根据权利要求2所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，所述预设平面为理想预设平面，所述计算参数包括所述传感阵列的中心行相较于所述预设平面的计算高度、特征值以及偏移量，其中，所述计算高度根据下式获取：

其中，Y为所述传感阵列的中心行相较于所述预设平面的计算高度，depth1为点x的实测深度值，V为点x对应的传感器阵元的行位置，V0为所述传感阵列的中心行位置，fy为所述透镜的出厂焦距。

4.根据权利要求3所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，所述特征值根据下式获取：

其中，Yy为所述特征值，x_Size为所述传感阵列的列数，Y(j)为根据第j列的传感器阵元获取的计算高度。

5.根据权利要求4所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，所述偏移量根据下式获取：

其中，Yy为所述特征值，delta1为所述偏移量，H为所述透镜的中心相对于所述预设平面的高度。

6.根据权利要求1所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，根据所述计算参数获取装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正时，包括以下步骤：

获取各行传感器阵元对应的所述偏移量，并将所述偏移量中的最小偏移量作为所述装配参数偏移量，并根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正。

7.根据权利要求5所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，在修正时，根据下式对所述装配参数进行修正：

H'＝H+deltay；

其中，所述H’为修正后的透镜的中心相对于所述预设平面的高度，deltay为所述装配参数偏移量。

8.根据权利要求1所述的ToF模组参数修正方法，其特征在于，根据所述装配参数偏移量对所述装配参数进行修正后，还包括以下步骤：

绕旋转轴旋转所述ToF模组，所述旋转轴平行于所述预设平面，并垂直所述传感阵列所在平面，以改变各个传感器阵元所在行列与所述预设平面的位置关系，并基于旋转后的位置关系进行所述步骤1至步骤3。

9.一种ToF装置，其特征在于，包括：

ToF发射器件，用于发射检测光信号；

传感阵列，用于接收外界反射回来的反射光信号；

控制器，连接至所述ToF发射器件以及传感阵列，用于根据所述检测光信号以及所述反射光信号获取待测区域的深度值，以及用于执行计算机程序；

存储器，连接至所述控制器，所述存储器存储有能够被所述控制器执行的计算机程序，且所述计算机程序被所述控制器执行时，能够执行如权利要求1至8中任一项所述的ToF模组参数修正方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求9所述的ToF装置。

Images