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    技術科普丨TOF標定校準知多少?

    52RD.com 2019年5月24日 香根草基地            參與:10人 查看 我來說兩句
      

      
      近年來,手機攝像頭很大的一項技術革新是3D技術,而很大部分的3D技術依托于TOF攝像頭模組。
      
      關于TOF模組的原理和應用,之前科普文有很多介紹,此處不予贅述。
      
      今天我們來聊聊TOF的校準標定
      
      TOF怎么做出3D圖像
      
      傳統手機攝像頭拍下來是張二維圖片,只有X/Y兩軸,3D攝像頭在其中增加了Z軸,也就是距離軸。
      
      

      
      同樣在拍攝馬路車輛的場景,TOF模組可以產生距離信息。為了更直觀地顯示不同距離,可以采用不同顏色表示物體距離遠近(偽彩圖)。距離信息可以還原到三維象限,生成點云圖。
      
      

      
      將可見光拍攝得到的帶顏色信息的二維圖像,與TOF生成的深度信息相融合,作為最終的3D應用。
      
      深度的準確性,需要校準標定來保證
      
      當你在河邊欣賞美景,睡蓮可能與你只相隔咫尺▼
      
      

      
      而當你拿出手機拍照,圖片可能會是這樣▼
      
      

      
      你所計算得到的距離,并不是物體的實際距離,甚至還相去甚遠,比如物體距離攝像頭是50cm,而你測得的甚至可能會是2米以上。
      
      那是為什么呢?
      
      可能是你沒有做標定校準!
      
      1
      
      溫度標定校準
      
      前面說到過,目前常用的相位式TOF采用相位差來計算深度。
      
      理想中波形是這樣的
      
      波形方正沒有任何變形,相位差就是絕對的相位差,深度計算也很精準。
      
      
    橫坐標是時間軸

      
      而實際電路中的波形卻可能是這樣的
      
      

      
      TOF芯片和VCSEL驅動芯片的溫度,直接影響了波形的表現。
      
      那么問題來了,波形已經變形成這樣,相位差測不準,怎么辦?可能需要一個溫度補償。
      
      比如統計一大批模組的相位差表現,和TOF芯片溫度及驅動芯片溫度之間的關系,求出其補償系數。
      
      2
      
      Lens標定校準
      
      ◆光心偏移
      
      當模組對準物體中心拍攝,理論上物體的中心會成像在模組的中心;
      
      然而,由于模組組裝等的誤差,實際成像并沒有在模組的中心,而是會產生一定的偏移,我們定義為光心偏移。
      
      

      
      ◆畸變
      
      攝像頭在拍攝物體時,或多或少會出現一定的形變,比如
      
      

      
      投射模組和接收模組之間的位置關系,也會影響最終的計算結果,主要包括旋轉和平移等,位置關系也需要做標定校準。
      
      

      
      除此之外,Lens校準還包括f焦距部分等,整個Lens校準是以下其他校準的基石。
      
      3
      
      FPPN標定校準
      
      FPPN(Fixed Pattern Pixel Noise),或也有稱之為Pixel dependent Offset,簡單來說,由于TOF芯片上每個像素點所處的位置不一樣,由于快門延遲等原因,導致像素點計算得到的相位差有誤差。
      
      這就直接導致了深度結果的誤差。
      
      比如你拍攝的是某一距離下的一張大白板,理論上能得到一個平整的深度平面,因為每個像素點拍攝的都是同一距離。
      
      而實際上得到的是個曲面,如下圖,右下角的深度誤差是最大的。
      
      

      
      FPPN便是標定校準了此類誤差。
      
      4
      
      Wiggling標定校準
      
      Wiggling標定校準也有稱之為Cyclic error calibration,是距離信息相關的循環誤差標定校準。
      
      和溫度校準一樣,由于實際的激光投射脈沖和理想情況有一定差異,導致測量得到的相位差,與理想的相位差之間,呈現一定的變化規律。
      
      理論相位和實測相位之間,理論上是呈現線性變化,見紅色斜線,而實測值是有一定偏差的,見藍色曲線。
      
      

      
      而Wiggling即補償該誤差值。
      
      3D TOF產品是個復雜的系統,深度的生成需要軟件算法上的環環相扣,而校準參數的應用,是其中不可或缺的一個環節。
      
      研鼎 致力于協助研發工程師更好的測試及解決品質管控的問題,與韓國合作伙伴一同推出 全球首套ToF模組完整的測試方案,適用于如今所有使用ToF技術的產品。
      
      

      
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        1樓 hanqing-liu 發表于 2019/6/4 09:17 回復
        可以有~~~
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