[發(fā)明專利]一種iToF模組固定相位模式噪聲標定裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310507981.8
• 申請日: 2023-05-08
• 公開（公告）號: CN116540217A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡濤;汪豪;朱穎佳;李弘實;李效白
• 申請（專利權(quán)）人: 福建杰木科技有限公司
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497;G01S17/894
• 代理公司: 上海盈盛知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31294
• 代理人: 趙娟娟

本發(fā)明涉及一種iToF模組固定相位模式噪聲標定裝置及方法。本發(fā)明通過創(chuàng)造對像素陣列內(nèi)不同位置的像素點近乎相同的光信號飛行時間，以及需滿足發(fā)光器發(fā)出的調(diào)制光信號經(jīng)過反射器件反射后可以照射到整個iToF模組的要求即可進行標定工作。通過一定程度擴大反射器件與iToF模組之間的距離即可提高標定精度。由于在iToF模組鏡頭安裝之前進行FPPN標定，F(xiàn)PPN標定結(jié)果不依賴于lens標定結(jié)果的好壞，F(xiàn)PPN標定結(jié)果準確可靠，且無需計算真實距離，無需搭建角度和距離準確控制的標定白板等機構(gòu)，節(jié)省標定成本。通過同步底板即可拓展為批量FPPN標定，設(shè)備搭建和維護成本較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及ToF測距技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種iToF模組固定相位模式噪聲標定裝置及方法。

背景技術(shù)

雙目測距、結(jié)構(gòu)光與飛行時間(Time-of-Flight，簡稱ToF)是當今三大主流3D成像技術(shù)，其中，ToF由于其原理簡單、結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、測量距離遠等優(yōu)勢，已逐漸應(yīng)用于手勢識別、3D建模、無人駕駛及機器視覺等領(lǐng)域。ToF技術(shù)是一種精確測量物體距離的方法，有直接飛行時間(direct-ToF，簡稱dToF)測距技術(shù)、即直接測量光的飛行時間來計算物體距離，以及間接飛行(indirect-ToF，簡稱iToF)測距技術(shù)、即通過對光強進行周期性的調(diào)制和解調(diào)后，利用相位信息計算物體距離。

請一并參閱圖1、圖2，其中，圖1為iToF模組的工作原理示意圖，圖2為連續(xù)波調(diào)制測距示意圖。具體的，iToF模組通過調(diào)制器(Modulation)11控制發(fā)光器12發(fā)射連續(xù)調(diào)制的光脈沖作為發(fā)射光13；發(fā)射光13發(fā)射到目標物19表面，經(jīng)目標物19反射后形成的反射光14被解調(diào)器(Demodulation)15采樣獲取，根據(jù)發(fā)射光13和反射光14之間的相移(PhaseShift)可以計算目標物19的深度信息。

由于光速c、發(fā)射光的調(diào)制頻率f為已知量，在獲取出相移的基礎(chǔ)上，即可采用下式來獲取目標物的深度d：

對于iToF技術(shù)，由于其自身成像原因及外界環(huán)境干擾等，直接獲取的數(shù)據(jù)通常存在一定的誤差，因此在應(yīng)用前需要進行一系列校準，提高測量精度。iToF模組的系統(tǒng)誤差主要來源于鏡頭(lens)誤差、擺動誤差(wiggling?error)以及固定相位模式噪聲(FixedPhase?Pattern?Noise，簡稱FPPN)。FPPN的主要來源是由于制造過程中圖像傳感器面上每個像素點可能不同，造成每個像素點都有獨立的偏差；同時解調(diào)器驅(qū)動信號一般處于像素陣列一端，在解調(diào)器驅(qū)動信號驅(qū)動整面像素陣列時，由于電路RC延遲的存在，抵達不同位置的像素的驅(qū)動信號是有延遲的，也會造成不同位置的像素測量到的飛行時間是不同的。

為保證iToF模組測量精度需要對其進行一系列標定，例如lens標定、wiggling標定、FPPN標定等。由于不同的標定需要不同的測試環(huán)境以及設(shè)備，例如，通常lens標定需要通過棋盤格標定板，但FPPN標定需要特制的白板才能對每個像素點進行標定，這樣對于量產(chǎn)會造成較大的生產(chǎn)成本增加。同時由于iToF模組標定一般是線性逐步完成的，是在安裝模組鏡頭以后再順序進行l(wèi)ens標定，wiggling標定以及FPPN標定，Lens標定結(jié)果的誤差將會對FPPN標定結(jié)果產(chǎn)生直接影響，使得最后的標定結(jié)果也依賴于其之前的標定的結(jié)果；例如FPPN標定前，先需要對iToF模組進行l(wèi)ens標定，隨后進行wiggling標定，最后利用白板進行FPPN標定。由于FPPN標定處于最后位置，其標定過程需要訪問前面的標定結(jié)果，但是iToF模組的圖像傳感器一般分辨率不高，lens標定容易產(chǎn)生比常規(guī)高分辨率的RGB相機更大的標定誤差，因此前述lens標定，wiggling標定步驟帶來的誤差將積累到最終的FPPN標定結(jié)果上，影響FPPN標定準確性。且現(xiàn)有標定方式難以實現(xiàn)多顆iToF模組同時標定。

FPPN標定過程通常是利用調(diào)制光源照射平行于iToF模組的圖像傳感器的白板，并通過下述公式進行FPPN校正：