飞行时间法三维摄像机标定与误差补偿.pdf

《飞行时间法三维摄像机标定与误差补偿.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、飞行时间法三维摄像机标定与误差补偿李兴东，陈超，李满天，孙立宁(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150001)CalibrationandErrorCompensationWithTimeofFlight3DCameraLIXing—dong，CHENChao，LIMan—tian，SUNLi—ning(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，China)摘要：介绍了飞行时

2、间法的测距原理，并应用基CMOS技术直接探测3D信息的TOF摄相机体积于此原理的PMDCameube3．0摄像机进行了亮度小巧，成像速度快，无需扫描即可获得三维点云信图像的标定，矫正了存在的像素畸变。针对摄像机息。但TOF摄像机也存在一些问题，如传感器分存在的影响距离精度的温度、噪声、系统误差和混合辨率较低，测距精度受测距原理、硬件系统和环境等像素误差原因进行了分析，对系统误差中主要的摆因素影响存在误差。为此，采用PMDCamcube3．0动误差进行了补偿，并根据某像素对应三维点与相摄像机作为研究对象，针对该摄像机

3、存在这些问题邻三维点的距离消除了混合像素误差。进行研究。关键词：TOF摄像机；标定；摆动误差；混合像1PMD摄像机的测距原理素中图分类号：TP273．22摄相机采用TOF间接测距技术口3，其发射器通文献标识码：A过向目标发出振幅经过余弦调制的出射光信号，再文章编号：1001—2257(2013)11—0037—04经探测器接收目标反射后的入射光。通过发射与入Abstract：Thispaperdescribestheprincipleof射光信号的相位差就可以计算出飞行时间，再结合thetimeofflight，c

4、alibratestheintensityimageof光速，就可以得到摄像机到目标的距离。摄像机上thePMDCamcube3．0basedonthisprincipleand每个像素都可以接收信号，因此，每个像素都能测量rectifiestheexistingpixeldistortions．Thefactors到相应目标的距离。在无歧义量程下，假设发射光oftemperature，noise，systemerror，mixedpixeler—和入射光的相位差为△，飞行时间为△，则目标的rorareanalyz

5、edforaffectingtheaccuracyofdis—距离为：111tance．Wigglingerrordominatinginthesystemer—d一-~-At×c一-F-A~pX专J×c(1)roriscompensatedinthispaper．EliminatethePMD摄像机调制与解调函数均是余弦信号]，mixedpixelerroraccordingtothedistancesbe—出射光信号可以表示为S(￡)===Acos(wt)，其中，Wtweenthe3dpointanditsad

6、jacent3dpoints．为调制频率；A为出射光信号的幅值。入射光信号Keywords：TOFcamera；calibration；wigglingr()可以表示为r(￡)一n+kA×COS(wt+Ag)。△error；mixedpixel为距离产生的相位偏移；为外部叠加的噪声信号；K为信号衰减系数。则出射光的相关函数为：0引言1c(r)一s()r()一!imls(￡)·r(+r)dt。。近年来，基于飞行时间法(ToF)测距原理的三一2(2)维摄像机在计算机视觉领域得到了广泛地引用，与每个像素对c(r)进行采样

7、，采样点为等间隔的传统3D信息获取设备笨重的体积相比，由单片4点。采样时间为，如图1所示，设A=C×(i×收稿日期：2O13一O5一O3收稿日期：国家“八六三”计划资助项目(2011AA404701)；国家自然丌／2)，则入射光信号相位，幅值A和偏移值B可科学基金资助项目(61005076)；机器人技术与系统国家重点实验室自主课题(SKLR$201006B)以由下式计算得到：《机械与电子》2O13(11)·37·l一tan()(3)1A：：：~／1．(A。一A)一(A。一A)。]／2㈤lB===(A。+A1+A。+

8、A2)／4d，d是像素的长和宽，。，。是0在图像坐标系下以像素为单位的坐标。因此，摄相机坐标系和x：I【o‰0]yl一J0口00I(6)AoA12A3A0Z1jLIoo10j图1采样示意图s1幅值A可以用来衡量测距结果的可靠程度，如但由于存在畸变，P的投影点由P变到P，通果A过小或过大，则认为该像素点所显示的距离是过标定得到的畸变系数可对畸变进行矫正，径向畸