CN117111046A - 畸变矫正方法、系统、设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种畸变矫正方法、系统、设备及计算机可读存储介质，涉及畸变矫正技术领域，包括：获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以拟合参数对每一实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一SPAD的期望位置坐标；针对每一SPAD，将SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将平面畸变系数与所述深度畸变系数作为SPAD对应的畸变矫正系数。本申请有效地去除了平面上的畸变与深度上的畸变，避免面阵传感器在测距时出现深度弯曲的现象。
Description
技术领域
本申请涉及畸变矫正技术领域，尤其涉及一种畸变矫正方法、系统、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
基于DTOF(direct time of flight，直接飞行时间)的面阵传感器已经广泛应用于激光雷达和手机等设备。基于DTOF的面阵传感器是通过向场景中发射脉冲光，以高性能的光电传感器接收从目标物体反射回来的脉冲光，通过记录每次接收到的光信号的往返时间来计算距离。
面阵传感器中包括多个SPAD(single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)在一个矩形平面上排列组成的像素阵列，但由于SPAD排列位置或者镜头自身的原因会出现畸变而导致深度弯曲。一方面，SPAD排列位置会导致四周SPAD接收的时间会比中间SPAD接收的长，从而出现深度方向（Z方向）的畸变，导致深度弯曲，另一方面，镜头自身的桶形和径向畸变，会在物体的平面上（也就是横向X方向上与纵向Y方向上）出现畸变，导致深度弯曲。若不对面阵传感器的这两种畸变进行矫正，直接将每个SPAD测量得到的原始位置数据作为物体的实际物理位置数据，与物体真实的物理位置会存在差距，出现深度弯曲。
然而现有的畸变矫正方式都只考虑到第一种原因导致的畸变或者只考虑到第二种原因造成的畸变。这样无法有效的同时去除平面上（X方向与Y方向）的畸变与深度上（Z方向）的畸变，面阵传感器在测距时还是会出现深度弯曲。因为，当只考虑第一种SPAD排列位置的畸变的时候，去畸变后，只是矫正了深度上的畸变，在X和Y方向准确度是错误的。当只考虑第二种因镜头导致的畸变的时候，去畸变后，只是矫正了平面上的畸变，物体本身的对应的Z值（距离值）不对。
综上，如何有效去除平面上的畸变与深度上的畸变，避免面阵传感器在测距时出现深度弯曲是本技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种畸变矫正方法、设备及计算机可读存储介质，旨在解决如何有效去除平面上的畸变与深度上的畸变，避免面阵传感器在测距时出现深度弯曲的技术问题。
为实现上述目的，本申请提供一种畸变矫正的方法，包括以下步骤：
获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
可选地，所述获取拟合参数的步骤之前，所述方法还包括：
获取预设标定工件的平面图像，提取所述平面图像中的特征点，确定所述特征点在所述平面图像中的像素坐标，其中，所述预设标定工件包括棋盘格，所述特征点包括角点；
获取所述特征点的实际特征点位置坐标，将所述像素坐标与所述实际特征点位置坐标输入至预设参数拟合式中，得到拟合参数，其中，所述实际特征点位置坐标为所述特征点相对于所述预设标定工件的基准点的位置坐标。
可选地，所述像素坐标包括像素横坐标与像素纵坐标，所述预设参数拟合式包括：f(x，y)=P00+（P10*x）+（P01*y）+（P20*x2）+（P11*x*y）+（P02*y2）+（P30*x3）+（P21*x2*y）+（P12*x*y2）+（P03*y3） ，其中，f(x，y)为所述特征点的实际特征点位置坐标，P00、P10、P01、P20、P11、P02、P30、P21、P12、P03为待拟合的拟合参数，x为像素横坐标，y为像素纵坐标。
可选地，所述平面畸变系数包括横向畸变系数与纵向畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数的步骤，包括：
根据所述横向畸变系数、纵向畸变系数按预设计算公式计算深度畸变系数，其中，预设计算公式包括：，Zundist为深度畸变系数，Xundist为横向畸变系数，Yundist为纵向畸变系数。
可选地，所述期望位置坐标包括横向期望位置坐标与纵向期望位置坐标，所述将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数的步骤，包括：
获取所述面阵传感器的镜头内参，其中，所述镜头内参包括光心物理位置坐标与焦距，所述光心物理位置坐标包括光心横向物理位置坐标与光心纵向物理位置坐标；
基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数；
基于所述SPAD对应的纵向期望位置坐标、所述光心纵向物理位置坐标与所述焦距群定纵向畸变系数；
将所述横向畸变系数与所述纵向畸变系数作为所述SPAD对应的平面畸变系数，并输出所述平面畸变系数。
可选地，所述基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数的步骤，包括：
确定所述SPAD对应的横向期望位置坐标与所述光心横向物理位置坐标之间的坐标差值，以所述焦距调整所述坐标差值得到横向畸变系数。
可选地，所述将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数的步骤之后，所述方法还包括：
若监测到所述面阵传感器检测到物体，确定所述面阵传感器的各所述SPAD中检测到所述物体的目标SPAD，确定所述目标SPAD对应的目标畸变矫正系数，其中，所述目标畸变矫正系数包括目标平面畸变系数与目标深度畸变系数，所述目标平面畸变系数包括目标横向畸变系数与目标纵向畸变系数；
获取所述目标SPAD检测到的物体的位置坐标，其中，所述位置坐标包括横向位置坐标、纵向位置坐标与深度位置坐标，所述深度物理坐标包括所述物体到所述面阵感器的距离；
基于所述目标横向畸变系数调整所述横向位置坐标，得到畸变矫正后的横向位置坐标；
基于所述目标纵向畸变系数调整所述纵向位置坐标，得到畸变矫正后的纵向位置坐标；
基于所述目标深度畸变系数调整所述深度位置坐标，得到畸变矫正后的深度位置坐标；
将所述畸变矫正后的横向位置坐标、所述畸变矫正后的纵向位置坐标与所述畸变矫正后的深度位置坐标作为所述目标SPAD检测到的所述物体的实际位置坐标。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种畸变矫正系统，所述畸变矫正系统，包括：
位置更新模块，用于获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
畸变系数确定模块，用于针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，以供所述预设平面畸变矫正模型输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种畸变矫正设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的畸变矫正程序，所述畸变矫正程序被所述处理器执行时实现如上述的畸变矫正方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有畸变矫正程序，畸变矫正程序被处理器执行时实现如上述的畸变矫正方法的步骤。
本申请中获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，以供所述预设平面畸变矫正模型输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。如此，与现有技术中，只考虑SPAD排列位置的畸变或者只考虑镜头自身的畸变，而无法同时去除平面上与深度上的畸变，只能矫正一种畸变的畸变矫正方式相比，本申请实施例以拟合参数对每一个SPAD的实际物理位置坐标进行畸变矫正，以得到理想的没有畸变时SPAD的期望物理位置坐标，以SPAD的期望坐标计算平面畸变系数与深度畸变系数，以供面阵传感器在检测物体时，可以平面畸变系数与深度畸变系数对物体的位置坐标进行矫正，以平面畸变系数矫正平面上的畸变，以深度畸变系数矫正深度上的畸变，同时矫正平面上的畸变与深度上的畸变，从而有效的去除了平面上的畸变与深度上的畸变，避免了面阵传感器在测距时出现深度弯曲的现象。
附图说明
本申请目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
图1是本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的终端\系统结构示意图；
图2为面阵传感器测距原理示意图；
图3为面阵传感器中SPAD排列位置示意图；
图4为由镜头自身设计导致的畸变说明性示意图；
图5为本申请畸变矫正方法第一实施例的流程示意图；
图6为本申请畸变矫正方法的流程示意图；
图7为本申请畸变矫正方法中畸变取除效果示意图；
图8是本申请畸变矫正系统的系统模块示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，图1为本申请实施例方案涉及的硬件运行环境的畸变矫正设备结构示意图。
如图1所示，该畸变矫正设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器（CentralProcessing Unit，CPU），通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如无线保真（WIreless-FIdelity，WI-FI）接口）。存储器1005可以是高速的随机存取存储器（RandomAccess Memory，RAM）存储器，也可以是稳定的非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储系统。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对畸变矫正设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、数据存储模块、网络通信模块、用户接口模块以及畸变矫正程序。
在图1所示的畸变矫正设备中，网络接口1004主要用于与其他设备进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本申请畸变矫正设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在畸变矫正设备中，所述畸变矫正设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的畸变矫正程序，并执行本申请实施例提供的畸变矫正方法。
DTOF是一种用于测量距离的光学传感技术可以通过测量光信号的往返时间来计算出物体与传感器之间的距离。其测距原理主要是：1、通过传感器发射一个短暂的光脉冲，如红外光。这个光脉冲会以一定的速度传播并照射到目标物体上。2、当光脉冲照射到目标物体上后，一部分光会被物体表面反射回来。反射回来的光会被传感器接收。3、传感器接收到反射回来的光信号，并将其转换为电信号。4、传感器对接收到的光信号进行处理，包括放大、滤波等操作，以便准确测量光的往返时间。5、通过测量光的往返时间，传感器可以计算出从传感器到目标物体的距离。参照图2所示，通过同步VCSEL(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，垂直腔面发射激光器)发色光的起始时间Tstart，与TDC(一种用于将时间转换为数字信号的器件或电路，其可以测量事件之间的时间差或脉冲的时间位置，并将其转换为数字信号)收到光信号的结束时间Tstop的差值，计算出光的往返时间。
现有面阵DTOF会出现畸变，导致深度弯曲，主要原因有两个。
1、SPAD排列位置原因：面阵DTOF需要TDC来统计CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）上每个SPAD的接收时间，而一个TDC在CMOS上所统计的SPAD个数有限，则需要多个TDC同时工作才能获取整个CMOS的全部SPAD，为了让所有TDC都能同时接收信号，需要在CMOS上布置不同的逻辑电路，参见图3所示，这会导致整个图像CMOS传感器和常规的不一样不是紧密排列，进而导致TDC统计计算单个SPAD的时候，因其位置导致四周接收的时间会比中间接收的长，从而导致深度出现弯曲。
2、镜头自身原因：目前镜头采用的都是大角度的FOV（Field of View，视场角），会导致镜头设计的时候，如图4所示，出现桶形和径向畸变，导致深度弯曲。
关于去除畸变的有以下两种可行的方式：
一种是：按照预设投影图样，控制面阵传感器中的发射器中至少一个光源朝目标物发射斑点光束，所述发射器包括多个光源组成的光源阵列；同步激活面阵传感器中的采集器中的像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束；所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。这类方法类似于拍摄棋盘格，检测其角点，然后通过计算角点于实际发射点的关系求解畸变参数。
另一种则是：先将所述光子检测信号的数量生成灰度图，然后通过用双目激光传感器采集平板上斑点的图像，提取两张斑点图中每个斑点中心像素点作为各自斑点图的特征点，并计算平板上斑点到双目传感器的深度Z；根据相机模型、平板上斑点中心的世界坐标(X，Y，Z)、图像角点坐标(u，v)和相机内参fx，fy，cx，cy(焦距与光心)进行内参求解。
第一种去除畸变的方式只考虑了因SPAD排列位置而导致的畸变，只能去除平面上（X方向和Y方向）的畸变，第二种去除畸变的方式只考虑因镜头自身而导致的畸变，只能去除深度上（Z方向）的畸变，无法有效的同时去除平面上与深度上的畸变，这会导致当只考虑第一种SPAD排列的畸变的时候，去畸变后，在X和Y方向准确度是错误的（因为为考虑镜头的畸变，把X和Y的方向还是应用镜头默认的参数来计算）。当只考虑第二种因镜头导致的畸变的时候，会导致测量物体时，物体本身的对应的Z（距离值）不对（因为计算深度的时候，并没有对准当前点，实际计算的并不是当前点）。
基于上述问题，请参照图5，图5为本申请畸变矫正方法第一实施例的流程示意图。需要说明的是，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中，本申请畸变矫正方法应用于上述的终端设备。应当理解的是，基于实际应用的不同设计需要，在不同可行的实施方式当中，本申请畸变矫正方法当然还可以具体应用于其它终端设备。
如图5所示，在本实施例中，所述畸变矫正方法包括以下步骤：
步骤S10，获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
该面阵传感器可为一个封装好的传感器，其至少包括控制器、发射器和接收器，控制器分别与发射器和接收器连接，其中，发射器用于向目标物体发射探测光束，至少部分的探测光束会经过目标物体反射形成反射光；接收器包括由多个SPAD组成的像素阵列，用于接收经所述目标物体反射回的反射光；控制器用于同步控制光的发射和接收。
具体地，发射器可以包括驱动器和光源等，光源可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、皮秒激光器等等，光源在驱动器的驱动控制下向外发射探测光束，该探测光束可以是可见光、红外光、紫外光等等，探测光束的至少部分向目标物体发射，至少部分的探测光束经过目标物体反射产生的反射光被接收器接收。
接收器（或称镜头）可以包括像素阵列和接收光学元件等，接收光学元件可以是透镜、微透镜阵列、反射镜等等形式中的一种或多种组合，通过接收光学元件接收反射光并引导至像素阵列上，像素阵列包括多个采集光子的像素，在一个实施例中，像素阵列由多个单光子雪崩光电二极管(SPAD)组成，SPAD可以对入射的单个光子进行响应并输出指示所接收光子在每个SPAD处相应到达时间的光子信号，当然在其它实施例中，还可采用例如雪崩光电二极管、光电倍增管、硅光电倍增管等等光电转换器件。
该实际物理位置坐标为SPAD在CMOS逻辑电路上的实际位置坐标，可通过每个SPAD的物理尺寸大小和在CMOS上的逻辑电路的排列位置来确定，在芯片设计时，每个SPAD的物理尺寸大小以及CMOS逻辑电路上的排列位置是确定的，在CMOS逻辑电路上选择一个点为坐标原点，基于SPAD的排列位置与物理尺寸大小即可确定其实际物理位置坐标。假设在一场景中，面阵传感器CMOS上部分逻辑电路示意图如图3所示，包括有多个SPAD以及像素逻辑电路，图3中选择中心点为坐标原点（或称基准点），可选择任一方向为正方向建立坐标系，计算每一SPAD的中心点在X方向上相对于坐标原点的实际横向距离与在Y方向上相对于坐标原点的实际纵向距离，即可得到每一SPAD的实际物理位置坐标。
记此实际物理位置坐标为（x1，y1），以拟合参数对每一SPAD的实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一SPAD位置坐标更新后的期望位置坐标，该期望位置坐标为未存在畸变时，SPAD的理论排列位置。
在一实施例中，所述获取拟合参数的步骤之前，所述方法还包括：
步骤A10，获取预设标定工件的平面图像，提取所述平面图像中的特征点，确定所述特征点在所述平面图像中的像素坐标，其中，所述预设标定工件包括棋盘格，所述特征点包括角点；
通过拍摄预设标定工件，可得到预设标定工件的平面图像，并对平面图像中的特征点进行提取。该特征点可为平面图像中具有一定可识别特征的点，如一定的像素值特征、第一定的位置特征等。需要说明地是，为提高拟合参数的准确度，选择的预设标定工件的尺寸与镜头的焦距与视场角相关，优选地，选择的预设标定工件将其在镜头一倍焦距时，其可在镜头内清晰成像，且其成像完全被覆盖在镜头视场角内。如预设标定工件为棋盘格时，特征点可为角点，进一步地，可采用非极大抑制法提取角点。并且优选在镜头一倍焦距时，在镜头内清晰成像，且完全被镜头视场角覆盖的棋盘格。
在平面图像上选择一个坐标原点（或称基准点）建立坐标系，如平面图像的中心点位坐标原点建立坐标系，从而可得到特征点在此坐标系中的像素坐标。有多个特征点时，可确定每一特征点在此坐标系中的像素坐标。
步骤A20，获取所述特征点的实际特征点位置坐标，将所述像素坐标与所述实际特征点位置坐标输入至预设参数拟合式中，得到拟合参数，其中，所述实际特征点位置坐标为所述特征点相对于所述预设标定工件的基准点的位置坐标。
该实际特征点位置坐标为特征点在预设标定工件中的实际尺寸位置坐标，如可选择预设标定工件的中心为坐标原点建立坐标系，特征点在此坐标系中的位置坐标即为实际特征点位置坐标。如可以理解为对预设标定工件进行等比例图形拟合，在此拟合得到的图形中以中心点为原点建立坐标系，特征点在此坐标系中的位置坐标即为特征点的实际特征点位置坐标。用户可提前根据预设标定工件的尺寸与特征点的位置确定特征点的实际特征点位置坐标，并将输入此实际特征点位置坐标，此时，可直接获取到用户输入的实际特征点位置坐标。
该预设参数拟合式可提前设置或基于预设规则生成，该参数拟合式与拟合方式相关，如采用二元三次拟合方式时，该预设参数拟合式可为：f(x，y)=P00+（P10*x）+（P01*y）+（P20*x2）+（P11*x*y）+（P02*y2）+（P30*x3）+（P21*x2*y）+（P12*x*y2）+（P03*y3） ，其中，f(x，y)为所述特征点的实际特征点位置坐标，P00、P10、P01、P20、P11、P02、P30、P21、P12、P03为待拟合的拟合参数，x为像素横坐标，y为像素纵坐标。采用二元二次拟合方式时，该预设参数拟合式可为：f(x，y)=P00+（P10*x）+（P01*y）+（P20*x2）+（P11*x*y）+（P02*y2），该拟合参数为需要求解的值，为未知数，通过特征点的像素位置坐标与实际特征点位置坐标进行方程求解得到。
需要说明地是，拟合参数包括横坐标参数与纵坐标拟合参数，使用预设参数拟合式分别对横坐标的进行参数拟合与纵坐标进行参数拟合，得到横坐标参数与纵坐标拟合参数。举例来说，假设一个特征点的实际特征点位置坐标为（x0，y0），此特征点的像素坐标为（x1，y1），则拟合横坐标拟合参数时：x0=x_P00+（x_P10*x1）+（x_P01*y1）+（x_P20*x12）+（x_P11*x1*y1）+（x_P02*y12）+（x_P30*x13）+（x_P21*x12*y1）+（x_P12*x1*y12）+（x_P03*y13） ，根据选取的特征点数量，得到对应数量个的等式，并联合这些等式求解，得到横坐标拟合参数【x_P00、x_P10、x_P01、x_P20、x_P11、x_P02、x_P30、x_P21、x_P12、x_P03】。类似地，拟合的纵坐标拟合参数时，y0=y_P00+（y_P10*x1）+（y_P01*y1）+（y_P20*x12）+（y_P11*x1*y1）+（y_P02*y12）+（y_P30*x13）+（y_P21*x12*y1）+（y_P12*x1*y12）+（y_P03*y13），根据选取的特征点数量，得到对应数量个的等式，并联合这些等式求解，得到纵坐标拟合参数【y_P00、y_P10、y_P01、y_P20、y_P11、y_P02、y_P30、y_P21、y_P12、y_P03】，对应地，以拟合参数对每一SPAD的实际物理位置坐标进行位置坐标更新时，以坐标各自对应的拟合参数对每一SPAD的实际物理位置坐标进行位置坐标更新。
可以理解地是，需要提取的特征点数量与预设参数拟合式中待拟合的拟合参数的个数有关，如采用二元三次拟合方式时，预设参数拟合式中待拟合的拟合参数的个数有十个，则提取的特征点数量应至少为十个。通过将每一个特征点的像素坐标与实际特征点位置坐标代入该预设参数拟合式中，联合代入像素坐标与实际特征点位置坐标后的多个预设参数拟合式求解得到拟合参数。
进一步地，可存储此拟合参数，以便需要拟合参数时从存储区获取得到。
在本实施例中，以预设标定工件中特征点的实际特征点位置坐标与像素坐标代入预设参数拟合式，得到拟合参数，由于像素坐标为镜头拍摄到的平面图像中特征点的位置坐标，而实际特征点位置坐标为实际场景中特征点的位置坐标，像素坐标而言其是发生畸变后的位置坐标，而实际特征点是不存在畸变时的实际位置坐标，从而以此两个坐标确定拟合参数，预设参数拟合式中拟合参数确定后，任意在镜头中的位置坐标代入此预设参数拟合式中，即可得其对应的去畸变后的实际位置坐标，从而对每一位置坐标均可进行畸变矫正。
获取到拟合参数后，将SPAD的实际物理位置坐标（x’，y’）代入拟合参数确定的预设参数拟合式中，得到期望位置坐标。可以理解地是，实际物理位置坐标的横坐标x’代入横坐标拟合参数确定的预设参数拟合式中，实际物理位置坐标的纵坐标y’代入纵坐标拟合参数确定的预设参数拟合式中，得到期望位置坐标。该期望位置坐标为SPAD理论上应该的排列位置坐标。
步骤S20，针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
将期望位置坐标记为（Xpos，Ypos），CMOS上的光心物理位置坐标记为（centerX，centerY），镜头的焦距记为Focus，则预设平面畸变模型可为：、/>，其中，/>为横向（X方向）畸变系数，/>为纵向（Y方向）畸变系数，平面畸变系数包括横向畸变系数与纵向畸变系数。
在一实施例中，所述平面畸变系数包括横向畸变系数与纵向畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数的步骤，包括：
根据所述横向畸变系数、纵向畸变系数按预设计算公式计算深度畸变系数，其中，所述预设计算公式包括：，/>为深度畸变系数，/>为横向畸变系数，/>为纵向畸变系数。
将平面畸变系数与深度畸变系数作为，对于每一SPAD，都有其对应的畸变矫正系数，确定了面阵传感器中每一SPAD的畸变矫正系数时，面阵传感器在检测物体位置坐标时，每一SPAD以对应的畸变矫正系数对其检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正，且可以理解的是以对应方向的畸变系数对该方向上的位置坐标进行畸变矫正，由此，可对物体的位置坐标在三个方向上的畸变均进行矫正，而避免出现深度弯曲的现象。
为了助于理解本申请的技术构思或技术原理，列举一具体实施例：
参照图6，在本具体实施例中的畸变矫正流程为：
通过拍摄棋盘格，提取其角点，然后通过角点和其实际棋盘格大小排列的实际位置点进行三元二次方程拟合，对CMOS每个像素排列位置通过拟合出来的参数进行更新，得到此像素的实际排列位置；然后通过得到的实际像素排列位置通过CMOS的图像像素大小和逻辑电路排布位置算出实际的像素的物理位置。此物理位置与成像原理即可算出每个SPAD统计的实际时间是多少，并能计算出测量物理的实际横向和纵向的空间距离值；把两种导致畸变的原因关联起来，解出真正意义上的X，Y，Z各个方向的畸变。
具体详细流程：第一步：调整DTOF模组（即面阵传感器）与棋盘格的距离，使棋盘格图像清晰成像，且整个镜头的FOV全部覆盖棋盘格，棋盘格在FOV内对称成像（把棋盘格放置在一倍焦距距离时，可清晰成像且被FOV覆盖）；第二步：采用非极大抑制法提取棋盘格角点，并确定每一个角点在镜头拍摄到的棋盘格图像中的像素坐标，根据棋盘格大小计算每个角点对应未发生畸变时角点的实际坐标。第三步：通过提取的坐标和未畸变时的角点坐标进行二元三次方程拟合，参见公式1所示。
f(x，y)=P00+（P10*x）+（P01*y）+（P20*x2）+（P11*x*y）+（P02*y2）+（P30*x3）+（P21*x2*y）+（P12*x*y2）+（P03*y3）公式1
其中，p00，..p03表示要拟合的拟合参数，x表示角点的x坐标（像素横坐标），y表示角点的y坐标（像素纵坐标），f(x，y)表示角点的实际特征点位置坐标；
第四步：利用实际的排列坐标计算每个SPAD的实际物理位置,此可通过每个SPAD的物理尺寸大小和在CMOS上的逻辑电路所在位置大小来确定；第五步：通过拟合参数，对第四步计算出来的实际物理位置进行更新，得到CMOS上每个SPAD理论上应该的排列坐标；第六步：计算每个SPAD的所统计的实际的实际畸变系数，也即深度上的畸变和其在平面X方向、Y方向上上的畸变系数，详见公式2、3、4；
公式2，公式3分别表示平面X方向的畸变系数Xundist和平面Y方向上的畸变系数Yundist，(Xpos，Ypos)为SPAD实际物理位置，(centerX,centerY)为CMOS上的光心物理位置，Focus为焦距（其都为标准物理单位）；
公式4表示空间z也即深度上的畸变系数Zundist，为反正切函数，cos为余弦函数。
本实施例中获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，以供所述预设平面畸变矫正模型输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。如此，与现有技术中，只考虑SPAD排列位置的畸变或者只考虑镜头自身的畸变，而无法同时去除平面上与深度上的畸变，只能矫正一种畸变的畸变矫正方式相比，本实施例以拟合参数对每一个SPAD的实际物理位置坐标进行畸变矫正，以得到理想的没有畸变时SPAD的期望物理位置坐标，以SPAD的期望坐标计算平面畸变系数与深度畸变系数，以供面阵传感器在检测物体时，可以平面畸变系数与深度畸变系数对物体的位置坐标进行矫正，以平面畸变系数矫正平面上的畸变，以深度畸变系数矫正深度上的畸变，同时矫正平面上的畸变与深度上的畸变，从而有效的去除了平面上的畸变与深度上的畸变，避免了面阵传感器在测距时出现深度弯曲的现象。
进一步地，基于上述本申请的第一实施例，提出本申请畸变矫正方法的第二实施例，与上述第一实施例相同或相似的内容，可以参考上文介绍，后续不再赘述。在本实施例中，上述实施例步骤S20所述将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数的步骤细化，包括：
步骤B10，获取所述面阵传感器的镜头内参，其中，所述镜头内参包括光心物理位置坐标与焦距，所述光心物理位置坐标包括光心横向物理位置坐标与光心纵向物理位置坐标；
该期望位置坐标包括横向期望位置坐标与纵向期望位置坐标，该光心物理位置坐标可为镜头的光心物理位置坐标，焦距可为镜头的焦距，这些镜头内参在面阵传感器设计开发与组装时已经确定，可内置在面阵纯感器中直接获取得到，或者也可记录在用户手册中，用户通过查看用户手册后输入镜头内参，此时可直接获取用户输入的镜头内参，或者一部分镜头内参由用户输入，一部分内置的镜头内参直接获取。获取失败时，可输出提示信息，以提箱用户镜头内参获取失败。
步骤B10，基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数；
步骤B20，基于所述SPAD对应的纵向期望位置坐标、所述光心纵向物理位置坐标与所述焦距群定纵向畸变系数；
步骤B30，将所述横向畸变系数与所述纵向畸变系数作为所述SPAD对应的平面畸变系数，并输出所述平面畸变系数。
在本实施例中，基于横向期望位置坐标、光心横向物理位置坐标与焦距确定横向畸变系数；基于纵向期望位置坐标、光心纵向物理位置坐标与焦距群定纵向畸变系数；将横向畸变系数与所述纵向畸变系数作为SPAD对应的平面畸变系数，并输出平面畸变系数，由此，在X方向上与Y方向上就可以横向畸变系数与纵向畸变系数进行畸变矫正，从而通过平面畸变系数去除了由镜头自身原因而导致的平面上的畸变。
在一实施例中，所述基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数的步骤，包括：
步骤C10，确定所述SPAD对应的横向期望位置坐标与所述光心横向物理位置坐标之间的坐标差值，以所述焦距调整所述坐标差值得到横向畸变系数。
该调整方式可为以所述坐标差值除以所述焦距，该坐标差值可为SPAD对应的横向期望位置坐标减去光心横向物理位置坐标得到的差值。类似地，也可以此方式计算得到纵向畸变系数。
在一实施例中，所述将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数的步骤之后，所述方法还包括：
步骤D10，若监测到所述面阵传感器检测到物体，确定所述面阵传感器的各所述SPAD中检测到所述物体的目标SPAD，确定所述目标SPAD对应的目标畸变矫正系数，其中，所述目标畸变矫正系数包括目标平面畸变系数与目标深度畸变系数，所述目标平面畸变系数包括目标横向畸变系数与目标纵向畸变系数；
步骤D20，获取所述目标SPAD检测到的物体的位置坐标，其中，所述位置坐标包括横向位置坐标、纵向位置坐标与深度位置坐标，所述深度物理坐标包括所述物体到所述面阵感器的距离；
步骤D30，基于所述目标横向畸变系数调整所述横向位置坐标，得到畸变矫正后的横向位置坐标；
步骤D40，基于所述目标纵向畸变系数调整所述纵向位置坐标，得到畸变矫正后的纵向位置坐标；
步骤D50，基于所述目标深度畸变系数调整所述深度位置坐标，得到畸变矫正后的深度位置坐标；
步骤D60，将所述畸变矫正后的横向位置坐标、所述畸变矫正后的纵向位置坐标与所述畸变矫正后的深度位置坐标作为所述目标SPAD检测到的所述物体的实际位置坐标。
面阵传感器中，SPAD接收到由目标物体返回的光信号时，其会确认检测到物体，该物体的位置坐标可为SPAD的期望位置坐标的坐标系中的坐标。以对应方向上的畸变系数对该方向上的位置坐标进行畸变矫正，从而可从X（横向）、Y（纵向）、Z（深度）各个方向上矫正物体的位置，避免出现深度弯曲，矫正后的实际位置坐标更贴合物体的实际位置，对物体位置的测量准确度高。 如参照图7所示，经过去除因SPAD排列位置导致每个TDC记时不一致和因镜头本身设计导致的畸变后，验证拍摄白墙时，在图7上可以看到畸变后的效果图，并没有弯曲，且X方向和Y方向的准确度更加高。当通过深度畸变系数对每个TDC因排列位置导致的延时后，一个面的深度可在同一时刻进行测量，因而整个点云精度更加高。并根据横向畸变系数和纵向畸变系数同时对每个SPAD上的X和Y方向进行矫正，就可提高测量物体的整个面的精准度。
此外，参照图8，本申请还提供一种畸变矫正系统，所述畸变矫正系统，包括：
位置更新模块10，用于获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
畸变系数确定模块20，用于针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，以供所述预设平面畸变矫正模型输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
此外，本申请实施例还提出一种畸变矫正设备，畸变矫正设备括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上执行的畸变矫正程序，所述畸变矫正程序被所述处理器执行时实现如上述的畸变矫正方法的步骤。
本申请畸变矫正设备具体实施方式与上述畸变矫正方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
此外，为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有畸变矫正程序，畸变矫正程序被处理器执行时实现如上述的畸变矫正方法的步骤。
本申请计算机可读存储介质具体实施方式与上述畸变矫正方法各实施例基本相同，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例，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，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)
1.一种畸变矫正方法，其特征在于，所述畸变矫正方法包括以下步骤：
获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
2.如权利要求1所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述获取拟合参数的步骤之前，所述方法还包括：
获取预设标定工件的平面图像，提取所述平面图像中的特征点，确定所述特征点在所述平面图像中的像素坐标，其中，所述预设标定工件包括棋盘格，所述特征点包括角点；
获取所述特征点的实际特征点位置坐标，将所述像素坐标与所述实际特征点位置坐标输入至预设参数拟合式中，得到拟合参数，其中，所述实际特征点位置坐标为所述特征点相对于所述预设标定工件的基准点的位置坐标。
3.如权利要求2所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述像素坐标包括像素横坐标与像素纵坐标，所述预设参数拟合式包括：f(x，y)=P00+（P10*x）+（P01*y）+（P20*x2）+（P11*x*y）+（P02*y2）+（P30*x3）+（P21*x2*y）+（P12*x*y2）+（P03*y3），其中，f(x，y)为所述特征点的实际特征点位置坐标，P00、P10、P01、P20、P11、P02、P30、P21、P12、P03为待拟合的拟合参数，x为像素横坐标，y为像素纵坐标。
4.如权利要求1所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述平面畸变系数包括横向畸变系数与纵向畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数的步骤，包括：
根据所述横向畸变系数、纵向畸变系数按预设计算公式计算深度畸变系数，其中，所述预设计算公式包括：
，其中，Zundist为深度畸变系数，Xundist为横向畸变系数，Yundist为纵向畸变系数。
5.如权利要求1所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述期望位置坐标包括横向期望位置坐标与纵向期望位置坐标，所述将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，输出得到平面畸变系数的步骤，包括：
获取所述面阵传感器的镜头内参，其中，所述镜头内参包括光心物理位置坐标与焦距，所述光心物理位置坐标包括光心横向物理位置坐标与光心纵向物理位置坐标；
基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数；
基于所述SPAD对应的纵向期望位置坐标、所述光心纵向物理位置坐标与所述焦距确定纵向畸变系数；
将所述横向畸变系数与所述纵向畸变系数作为所述SPAD对应的平面畸变系数，并输出所述平面畸变系数。
6.如权利要求5所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述基于所述SPAD对应的横向期望位置坐标、所述光心横向物理位置坐标与所述焦距确定横向畸变系数的步骤，包括：
确定所述SPAD对应的横向期望位置坐标与所述光心横向物理位置坐标之间的坐标差值，以所述焦距调整所述坐标差值得到横向畸变系数。
7.如权利要求1-6任一项所述的畸变矫正方法，其特征在于，所述将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数的步骤之后，所述方法还包括：
若监测到所述面阵传感器检测到物体，确定所述面阵传感器的各所述SPAD中检测到所述物体的目标SPAD，确定所述目标SPAD对应的目标畸变矫正系数，其中，所述目标畸变矫正系数包括目标平面畸变系数与目标深度畸变系数，所述目标平面畸变系数包括目标横向畸变系数与目标纵向畸变系数；
获取所述目标SPAD检测到的物体的位置坐标，其中，所述位置坐标包括横向位置坐标、纵向位置坐标与深度位置坐标，所述深度物理坐标包括所述物体到所述面阵感器的距离；
基于所述目标横向畸变系数调整所述横向位置坐标，得到畸变矫正后的横向位置坐标；
基于所述目标纵向畸变系数调整所述纵向位置坐标，得到畸变矫正后的纵向位置坐标；
基于所述目标深度畸变系数调整所述深度位置坐标，得到畸变矫正后的深度位置坐标；
将所述畸变矫正后的横向位置坐标、所述畸变矫正后的纵向位置坐标与所述畸变矫正后的深度位置坐标作为所述目标SPAD检测到的所述物体的实际位置坐标。
8.一种畸变矫正系统，其特征在于，所述畸变矫正系统包括：
位置更新模块，用于获取面阵传感器中每一SPAD的实际物理位置坐标，并获取拟合参数，以所述拟合参数对每一所述实际物理位置坐标进行位置坐标更新，得到每一所述SPAD的期望位置坐标；
畸变系数确定模块，用于针对每一所述SPAD，将所述SPAD对应的期望位置坐标输入至预设平面畸变矫正模型中，以供所述预设平面畸变矫正模型输出得到平面畸变系数，基于所述平面畸变系数确定深度畸变系数，将所述平面畸变系数与所述深度畸变系数作为所述SPAD对应的畸变矫正系数，以供所述面阵传感器在检测物体时，每一所述SPAD以对应的畸变矫正系数对检测到的物体的位置坐标进行畸变矫正。
9.一种畸变矫正设备，其特征在于，所述畸变矫正设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的畸变矫正程序，所述畸变矫正程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的畸变矫正方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有畸变矫正程序，所述畸变矫正程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的畸变矫正方法的步骤。
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