TWI758829B - 校準設備及深度相機的校準方法 - Google Patents

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Abstract

一種校準設備，包括基座、立柱以及橫桿。立柱連接於基座上並沿第一方向延伸，橫桿連接於立柱上。橫桿包括一底座及一載具。底座固定於立柱，載具繞第二方向可轉動地連接於底座，第二方向垂直於第一方向。載具包括一測距件及一校準台，校準台用於固定一深度相機。定義第三方向垂直於第一方向和第二方向，載具用於繞第二方向轉動以帶動深度相機的出光軸在第一方向和第三方向所限定的第一校準面內轉動。本發明提供的校準設備有利於提高深度相機的校準精度。另，本發明還提供一種深度相機的校準方法。

Description

校準設備及深度相機的校準方法
本發明涉及一種校準設備及深度相機的校準方法。
飛行時間測距(Time of Flight，TOF)技術作為當今主流的3D成像技術之一，近幾年取得了快速發展，尤其是在移動端實現3D人臉識別，場景識別，三維感知等方面取得重大突破，近來倍受關注。
TOF深度相機主要包括發射端和接收端，發射端用於發射高頻調製的近紅外光，紅外光被物體表面反射後，接收端接收反射回來的光，並藉由發射光與接收光的相位差或時間差來計算深度資訊。然而，深度相機由於自身特性、成像條件及有外部環境的干擾，導致深度相機獲取的資料存在誤差，所以需要對深度相機進行校準。
習知技術中，校準時需要將深度相機放置於一標定面(如牆面)之前，控制深度相機發射和接收光線，計算深度相機與標定面之間的深度；同時利用距離感測器感測深度相機與標定面之間的距離，進而根據計算出來的深度與感測得到的距離之間的差異對深度相機進行校準。此過程要求深度相機的出光軸與標定面垂直。然而，實際校準時，由於標定面自身傾斜或校準設備放置不平等因素，導致對深度相機校準的精度低。
有鑑於此，有必要提供一種校準設備，該校準設備可提高深度相機的校準精度。
另，還有必要提供一種深度相機的校準方法。
一種校準設備，包括一基座、一立柱以及一橫桿。所述立柱連接於所述基座上並沿第一方向延伸，所述橫桿連接於所述立柱上。
所述橫桿包括一底座及一載具。所述底座固定於所述立柱，所述載具繞第二方向可轉動地連接於所述底座，所述第二方向垂直於所述第一方向。所述載具包括一測距件及一校準台，所述校準台用於固定一深度相機。定義第三方向垂直於所述第一方向和所述第二方向，所述載具用於繞所述第二方向轉動以帶動所述深度相機的出光軸在所述第一方向和所述第三方向所限定的第一校準面內轉動。
進一步地，所述立柱繞所述第一方向可轉動地連接於所述基座，所述立柱用於繞所述第一方向轉動以帶動所述深度相機的出光主軸在所述第二方向和所述第三方向所限定的第二校準面內轉動。
進一步地，所述基座包括一基座主體及一第一驅動器，所述立柱連接於所述第一驅動器，所述第一驅動器用於驅動所述立柱繞所述第一方向轉動。
進一步地，所述橫桿還包括一第二驅動器，所述第二驅動器用於驅動所述測距件和/或所述校準台繞所述第二方向轉動。
進一步地，所述底座包括一第一底板及設置於所述底板一側的兩個第一側板，所述底板及兩個所述第一側板共同圍設形成一容置空間，所述載具可轉動地收容於所述容置空間內，所述第二驅動器固定於所述第一側板遠離所述容置空間的一側。
進一步地，所述載具還包括一旋轉座，所述測距件及所述校準台固定在所述旋轉座上，所述旋轉座繞所述第二方向可轉動地收容於所述容置空間內。
所述旋轉座包括一第二底板及設置於所述第二底板的一第二側板及一第三側板，所述測距件及所述校準台連接於所述第三側板上且所述測距件位於所述校準台及所述第二側板之間，所述第二側板朝向所述第二驅動器凸出形成一第一轉軸，所述第一轉軸與所述第二驅動器傳動相連，所述校準台背離所述測距件的一側凸出形成一第二轉軸，所述第二轉軸與所述第一轉軸沿所述第二方向延伸。
進一步地，所述校準台可拆卸地連接於所述第三側板。
進一步地，所述基座主體的材質包括橡膠。
一種深度相機的校準方法，包括步驟：
提供一如上所述的校準設備。
將一深度相機固定在所述校準設備的所述校準臺上，使所述深度相機的出光軸朝向一標定面。
當所述測距件與所述校準台位於一第一位置時，所述測距件感測所述深度相機距離所述標定面之間的第一距離。
所述測距件與所述校準台繞所述第二方向轉動一第一預定角度至第二位置，所述測距件感測所述深度相機距離所述標定面之間的第二距離。
根據所述第一預定角度、所述第一距離及所述第二距離計算所述標定面與所述第一方向之間的第一偏角。
根據所述第一偏角與所述第一預定角度計算一第一補償角度，以及將所述測距件與所述校準台從所述第二位置開始繞所述第二方向轉動所述第一補償角度至第三位置，使所述光軸於所述第一校準面上垂直所述標定面。
進一步地，還包括步驟：
當所述測距件與所述校準台位於第四位置時，所述測距件感測所述深度相機距離所述標定面之間的第三距離。
所述立柱繞所述第一方向轉動一第二預定角度，至所述深度相機到達一第五位置，所述測距件於所述第五位置感測所述深度相機距離所述標定面之間的第四距離。
根據所述第二預定角度、所述第三距離及所述第四距離計算所述標定面與所述第二方向之間的一第二偏角。
根據所述第二偏角與所述第二預定角度計算一第二補償角度，以及從所述第五位置開始，將所述立柱繞所述第一方向轉動所述第二補償角度至所述深度相機至一第六位置，使所述深度相機的出光軸於所述第二校準面上垂直所述標定面。
本發明提供的校準設備，通超載具繞所述第二方向轉動以帶動所述深度相機的出光軸在第一校準面內轉動，以及藉由立柱繞所述第一方向轉動以帶動所述深度相機的出光主軸在第二校準面內轉動，從而使得深度相機出光軸與標定面垂直，提高深度相機的校準精度。
100:校準設備
10:基座
11:基座主體
20:立柱
30:橫桿
31:底座
311:容置空間
312:第一底板
313:第一側板
32:載具
321:測距件
322:校準台
3221:第二轉軸
33:旋轉座
331:第二底板
332:第二側板
3321:第一轉軸
333:第三側板
35:第二驅動器
O:第一方向
P:第二方向
Q:第三方向
α:標定面
E:第一校準面
F:第二校準面
A:光軸
M:第一位置
N:第二位置
S:第三位置
G:第四位置
H:第五位置
I:第六位置
β:第一預設角度
δ:第二預設角度
γ:第一偏角
θ:第二偏角
λ1:第一補償角度
λ2:第二補償角度
L1:第一距離
L2:第二距離
L3:第三距離
L4:第四距離
X:相交線
200:深度相機
圖1為本發明一實施例提供的校準設備的整體示意圖。
圖2為圖1所示的校準設備的局部放大圖。
圖3為圖1所示的校準設備於第一校準面內的校正原理示意圖。
圖4為圖1所示的校準設備於第二校準面內的校正原理示意圖。
為了能夠更清楚地理解本發明實施例的上述目的、特徵和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細描述。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明的實施方式中的特徵可以相互組合。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明實施例，所描述的實施方式是本發明一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基於本發明中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬於本發明實施例公開範圍。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明實施例的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施方式的目的，不是旨在於限制本發明實施例。
請一併參見圖1、圖2及圖3，本發明實施例提供一種校準設備100，用於校準深度相機200，所述校準設備100包括一基座10、一立柱20及一橫桿30。所述立柱20連接於所述基座10上並沿一第一方向O延伸，所述橫桿30連接於所述立柱20上，所述橫桿30用於連接一深度相機200。
所述橫桿30包括一底座31及一載具32。所述底座31固定於所述立柱20上。所述載具32繞第二方向P可轉動地連接於所述底座31，所述第二方向P垂直於所述第一方向O。所述載具32包括一測距件321及一校準台322，所述校準台322用於固定所述深度相機200。定義第三方向Q垂直於所述第一方向O和所述第二方向P，所述載具32藉由繞所述第二方向P轉動以帶動所述深度相機200的出光軸A在所述第一方向O和所述第三方向Q所限定的第一校準面E內轉動。所述測距件321用於測量所述深度相機200距離一標定面α之間的距離。
使用時，請結合參照圖3，將所述深度相機200固定於所述校準設備100，並使所述深度相機200的出光軸A朝向一標定面α。藉由設置所述測距件321 及所述校準台322繞所述第二方向P可轉動，從而能夠在所述第一校準面E內對所述深度相機200的出光軸A的方向進行調節，從而調整出光軸A與所述標定面α之間的相對位置。具體的校準方法將於以下部分將重點闡述。
在本實施例中，所述立柱20繞所述第一方向O可轉動地連接於所述基座10。所述基座10包括一基座主體11及一第一驅動器(圖未示)。所述立柱20可活動地連接於所述基座主體11上，且所述第一驅動器的傳動軸與所述立柱20傳動連接，所述立柱20藉由繞所述第一方向O轉動以帶動所述深度相機200的出光軸A在所述第二方向P和所述第三方向Q所限定的第二校準面F內轉動。
使用時，請結合參照圖4，將所述深度相機200固定於所述校準設備100，並使所述深度相機200的出光軸A朝向一標定面α。藉由設置所述立柱20繞所述第一方向O可轉動，從而能夠在所述第二校準面F內對所述深度相機200的出光軸A的方向進行調節。藉由進一步調節出光軸A與所述標定面α之間的相對位置，能夠使出光軸A垂直於所述標定面α。具體的校準方法將於以下部分將重點闡述。
在本實施例中，所述基座主體11採用防震動的彈性材料製成，例如橡膠等，以減小樓層震動等因素對校準的準確度的影響。
在本實施例中，所述橫桿30還包括一第二驅動器35，所述第二驅動器35驅動所述測距件321和/或所述校準台322繞所述第二方向P轉動。
在本實施例中，所述校準設備100還包括一控制器(圖未示)，所述控制器電性連接於所述第一驅動器和所述第二驅動器35，所述控制器用於控制所述第一驅動器及所述第二驅動器35轉動。
在本實施例中，所述控制器40為可程式設計邏輯控制器，所述第一驅動器及所述第二驅動器35為步進電機，所述步進電機的定位精度為0.05度。
在本實施例中，所述底座31大致呈“`U”形，所述底座31包括一第一底板312及設置於所述第一底板312一側的兩個第一側板313。所述第一底板312及兩個所述第一側板313共同圍設形成一容置空間311。所述載具32繞所述第二方向P可轉動地收容於所述容置空間311內，所述第二驅動器35固定於所述第一側板313遠離所述容置空間311的一側。
在本實施例中，所述載具32還包括一旋轉座33，所述測距件321及所述校準台322固定在所述旋轉座33上，所述旋轉座33繞所述第二方向P可轉動地收容於所述容置空間311內。
所述橫桿30還包括一旋轉座33，所述旋轉座33包括一第二底板331、一第二側板332及一第三側板333。所述第二側板332設置於所述第二底板331的一側邊，所述第三側板333設置於所述第二底板331的另一側邊，所述第二側板332及所述第三側板333相鄰且朝向所述第二底板331的同側。所述測距件321及所述校準台322連接於所述第三側板333上且所述測距件321位於所述校準台322及所述第二側板332之間。所述第二側板332朝向所述第二驅動器35凸出形成一第一轉軸3321，所述第一轉軸3321與所述第二驅動器35傳動相連。所述校準台322背離所述測距件321的一側凸出形成一第二轉軸3221，所述第二轉軸3221與所述第一轉軸3321同軸，且所述第二轉軸3221可轉動地連接於鄰近的所述第一側板313。
在本實施例中，所述校準台322可拆卸地連接於所述第三側板333，藉由選擇不同的所述校準台322即可適用於不同型號或尺寸的所述深度相機200。
請一併參見圖1、圖2及圖3，本發明實施例提供一種深度相機200的校準方法，包括步驟：
S1：提供一深度相機200，所述深度相機200可以應用於手勢控制，3D建模，汽車雷達，人臉識別等領域。
S2：將所述深度相機200固定在如上所述的校準設備100，並使所述深度相機200的出光軸A朝向一標定面α；
S3：當所述深度相機200位於一第一位置M時，所述測距件321感測所述深度相機200與所述標定面α之間的第一距離L1；
S4：將所述測距件321及所述校準台322繞所述第二方向P順時針(或逆時針)轉動一第一預設角度β，使得所述深度相機200於所述第一位置M轉動到一第二位置N，所述測距件321再次感測所述深度相機200與所述標定面α之間的第二距離L2；
S5：依據所述第一預設角度β、所述第一距離L1及所述第二距離L2計算出所述標定面α與所述第一方向O之間的第一偏角γ。計算公式如下式所示：
Figure 109128493-A0305-02-0009-1
S6：將所述校準台322從所述第二位置N開始繞所述第三方向Q轉動一第一補償角度λ1，使得所述深度相機200從所述第二位置N轉動至第三位置S，於所述第三位置S，所述深度相機200的光軸A垂直於所述第一校準面E與所述標定面α的相交線X。其中，所述第一補償角度λ1的大小依據以下公式確定：λ1=|β-γ|
其中，若β-γ>0，則將所述校準台322繞所述第二方向P逆時針(或順時針)轉動所述第一補償角度λ1，使得所述深度相機200從所述第二位置N轉動至所述第三位置S；
若β-γ<0，則將所述校準台322繞所述第二方向P順時針(或逆時針)轉動所述第一補償角度λ1至所述第三位置S，使得所述深度相機200從所述第二位置N轉動至所述第三位置S。
請一併參見圖1、圖2及圖4，在本實施例中，所述校準方法還包括步驟：
S7：所述測距件321於第四位置G感測所述深度相機200距離所述標定面α之間的第三距離L3。
S8：將所述立柱20繞所述第一方向O順時針(或逆時針)轉動一第二預設角度δ，至所述深度相機200到達一第五位置H，所述測距件321再次感測所述深度相機200距離所述標定面α之間的第四距離L4。
S9：依據所述第二預設角度δ、所述第三距離L3及所述第四距離L4計算出所述標定面α與沿所述第二方向P之間的第二偏角θ，計算公式如下式所示：
Figure 109128493-A0305-02-0009-2
S10：將所述立柱20繞所述第一方向O轉動一第二補償角度λ2使所述深度相機200從所述第五位置H轉動到一第六位置I，在所述第六位置I處，此時所述深度相機200的光軸A垂直於所述標定面α。其中，所述第二補償角度λ2的大小依據以下公式確定：λ2=|δ-θ|
其中，若δ-θ>0，則將所述立柱20繞所述第一方向O逆時針(或順時針)轉動所述第二補償角度λ2，使得所述深度相機200從所述第五位置H轉動到所述第六位置I。
若δ-θ<0，則將所述立柱20繞所述第一方向O順時針(或逆時針)轉動所述第二補償角度λ2，使得所述深度相機200從所述第五位置H轉動到所述第六位置I。
以上實施方式僅用以說明本發明實施例的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施方式對本發明實施例進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明實施例的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明實施例的技術方案的精神和範圍。
100:校準設備
10:基座
11:基座主體
20:立柱
30:橫桿
31:底座
311:容置空間
32:載具
321:測距件
322:校準台
35:第二驅動器
200:深度相機
O:第一方向
P:第二方向
Q:第三方向

Claims (10)

  1. 一種校準設備，其中，包括一基座、一立柱以及一橫桿，所述立柱連接於所述基座上並沿第一方向延伸，所述橫桿連接於所述立柱上，所述橫桿包括一底座及一載具，所述底座固定於所述立柱，所述載具繞第二方向可轉動地連接於所述底座，所述第二方向垂直於所述第一方向，所述載具包括一測距件及一校準台，所述校準台用於固定一深度相機，定義第三方向垂直於所述第一方向和所述第二方向，所述載具用於繞所述第二方向轉動以帶動所述深度相機的出光軸在所述第一方向和所述第三方向所限定的第一校準面內轉動。
  2. 如請求項1所述的校準設備，其中，所述立柱繞所述第一方向可轉動地連接於所述基座，所述立柱用於繞所述第一方向轉動以帶動所述深度相機的出光主軸在所述第二方向和所述第三方向所限定的第二校準面內轉動。
  3. 如請求項2所述的校準設備，其中，所述基座包括一基座主體及一第一驅動器，所述立柱連接於所述第一驅動器，所述第一驅動器用於驅動所述立柱繞所述第一方向轉動。
  4. 如請求項2所述的校準設備，其中，所述橫桿還包括一第二驅動器，所述第二驅動器用於驅動所述測距件和/或所述校準台繞所述第二方向轉動。
  5. 如請求項4所述的校準設備，其中，所述底座包括一第一底板及設置於所述底板一側的兩個第一側板，所述底板及兩個所述第一側板共同圍設形成一容置空間，所述載具可轉動地收容於所述容置空間內，所述第二驅動器固定於所述第一側板遠離所述容置空間的一側。
  6. 如請求項5所述的校準設備，其中，所述載具還包括一旋轉座，所述測距件及所述校準台固定在所述旋轉座上，所述旋轉座繞所述第二方向可轉動地收容於所述容置空間內；所述旋轉座包括一第二底板及設置於所述第二底板的一第二側板及一第三側板，所述測距件及所述校準台連接於所述第三側板上且所述測距件位於所述校準台及所述第二側板之間，所述第二側板朝向所述第二驅動器凸出形成一第一轉軸，所述第一轉軸與所述第二驅動器傳動相連，所述校準台背離所述測距 件的一側凸出形成一第二轉軸，所述第二轉軸與所述第一轉軸沿所述第二方向延伸。
  7. 如請求項6所述的校準設備，其中，所述校準台可拆卸地連接於所述第三側板。
  8. 如請求項3所述的校準設備，其中，所述基座主體的材質包括橡膠。
  9. 一種深度相機的校準方法，其中，包括步驟：提供一如請求項2至8中任意一項所述的校準設備；將一深度相機固定在所述校準設備的所述校準臺上，使所述深度相機的出光軸朝向一標定面；當深度相機位於一第一位置時，所述測距件感測所述深度相機與所述標定面之間的第一距離；當所述測距件與所述校準台繞所述第二方向轉動一第一預定角度至所述深度相機位於第二位置時，所述測距件感測所述深度相機與所述標定面之間的第二距離；根據所述第一預定角度、所述第一距離及所述第二距離計算所述標定面與所述第一方向之間的第一偏角；根據所述第一偏角與所述第一預定角度計算一第一補償角度，以及將所述測距件與所述校準台繞所述第二方向轉動所述第一補償角度，使所述深度相機由所述第二位置轉動至一第三位置，當所述深度相機於所述第三位置時，所述光軸垂直於所述第一校準面與所述標定面的相交線。
  10. 如請求項9所述的深度相機的校準方法，其中，還包括步驟：當所述測距件與所述校準台位於第四位置時，所述測距件感測所述深度相機與所述標定面之間的第三距離；所述立柱繞所述第一方向轉動一第二預定角度，使所述深度相機由所述第四位置轉動至一第五位置時，所述測距件感測所述深度相機與所述標定面之間的第四距離；根據所述第二預定角度、所述第三距離及所述第四距離計算所述標定面與所述第二方向之間的一第二偏角；根據所述第二偏角與所述第二預定角度計算一第二補償角度；以及 將所述立柱繞所述第一方向轉動所述第二補償角度，使所述深度相機由所述第五位置轉動至一第六位置，當所述深度相機位於所述第六位置處時，所述深度相機的出光軸垂直於所述標定面。
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