一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置及方法。本发明专利技术通过创造对像素阵列内不同位置的像素点近乎相同的光信号飞行时间，以及需满足发光器发出的调制光信号经过反射器件反射后可以照射到整个iToF模组的要求即可进行标定工作。通过一定程度扩大反射器件与iToF模组之间的距离即可提高标定精度。由于在iToF模组镜头安装之前进行FPPN标定，FPPN标定结果不依赖于lens标定结果的好坏，FPPN标定结果准确可靠，且无需计算真实距离，无需搭建角度和距离准确控制的标定白板等机构，节省标定成本。通过同步底板即可拓展为批量FPPN标定，设备搭建和维护成本较低。设备搭建和维护成本较低。设备搭建和维护成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置及方法


[0001]本专利技术涉及ToF测距
，尤其涉及一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置及方法。

技术介绍

[0002]双目测距、结构光与飞行时间(Time
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Flight，简称ToF)是当今三大主流3D成像技术，其中，ToF由于其原理简单、结构简单稳定、测量距离远等优势，已逐渐应用于手势识别、3D建模、无人驾驶及机器视觉等领域。ToF技术是一种精确测量物体距离的方法，有直接飞行时间(direct
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ToF，简称dToF)测距技术、即直接测量光的飞行时间来计算物体距离，以及间接飞行(indirect
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ToF，简称iToF)测距技术、即通过对光强进行周期性的调制和解调后，利用相位信息计算物体距离。
[0003]请一并参阅图1、图2，其中，图1为iToF模组的工作原理示意图，图2为连续波调制测距示意图。具体的，iToF模组通过调制器(Modulation)11控制发光器12发射连续调制的光脉冲作为发射光13；发射光13发射到目标物19表面，经目标物19反射后形成的反射光14被解调器(Demodulation)15采样获取，根据发射光13和反射光14之间的相移(Phase Shift)可以计算目标物19的深度信息。
[0004]由于光速c、发射光的调制频率f为已知量，在获取出相移的基础上，即可采用下式来获取目标物的深度d：
[0005][0006]对于iToF技术，由于其自身成像原因及外界环境干扰等，直接获取的数据通常存在一定的误差，因此在应用前需要进行一系列校准，提高测量精度。iToF模组的系统误差主要来源于镜头(lens)误差、摆动误差(wiggling error)以及固定相位模式噪声(Fixed Phase Pattern Noise，简称FPPN)。FPPN的主要来源是由于制造过程中图像传感器面上每个像素点可能不同，造成每个像素点都有独立的偏差；同时解调器驱动信号一般处于像素阵列一端，在解调器驱动信号驱动整面像素阵列时，由于电路RC延迟的存在，抵达不同位置的像素的驱动信号是有延迟的，也会造成不同位置的像素测量到的飞行时间是不同的。
[0007]为保证iToF模组测量精度需要对其进行一系列标定，例如lens标定、wiggling标定、FPPN标定等。由于不同的标定需要不同的测试环境以及设备，例如，通常lens标定需要通过棋盘格标定板，但FPPN标定需要特制的白板才能对每个像素点进行标定，这样对于量产会造成较大的生产成本增加。同时由于iToF模组标定一般是线性逐步完成的，是在安装模组镜头以后再顺序进行lens标定，wiggling标定以及FPPN标定，Lens标定结果的误差将会对FPPN标定结果产生直接影响，使得最后的标定结果也依赖于其之前的标定的结果；例如FPPN标定前，先需要对iToF模组进行lens标定，随后进行wiggling标定，最后利用白板进行FPPN标定。由于FPPN标定处于最后位置，其标定过程需要访问前面的标定结果，但是iToF模组的图像传感器一般分辨率不高，lens标定容易产生比常规高分辨率的RGB相机更大的标定误差，因此前述lens标定，wiggling标定步骤带来的误差将积累到最终的FPPN标定结
果上，影响FPPN标定准确性。且现有标定方式难以实现多颗iToF模组同时标定。
[0008]FPPN标定过程通常是利用调制光源照射平行于iToF模组的图像传感器的白板，并通过下述公式进行FPPN校正：
[0009][0010]其中，为相移测量值，为相移真实值，wiggling为该像素点对应的wiggling标定结果。由于白板位置已知且垂直于iToF模组lens的光轴，结合lens标定结果，每个像素点的相移真实值可以通过针孔相机模型计算出来，但是计算结果的准确性强烈依赖于lens标定结果和白板架设角度的准确性和绝对位置的准确性，同时白板也需要特制，搭建和维护成本比较高。
[0011]中国专利申请公开文献CN109903241A公开了一种TOF相机系统的深度图像校准方法及系统，采用白色目标板进行FPPN标定，考虑到噪声的影响按照5*5窗口进行平均后进行曲面拟合FPPN误差。但是对于产线上白板的切换需要一定的成本，同时曲面拟合的方式可能带来的误差并不满足相关准度要求。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置及方法，可以使FPPN标定结果不再依赖于lens标定结果，也无需搭建和维护复杂的标定板，还可以实现批量iToF模组同时标定，以降低iToF模组FPPN标定成本。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置，包括：至少一iToF模组，所述iToF模组包括镜头安装基座以及与所述镜头安装基座相邻设置的发光器，其中，所述镜头安装基座上未安装镜头；反射器件，用于以对所述发光器发出的调制光信号进行反射形成反射光信号；其中，所述反射器件与所述iToF模组之间的距离，能够使得所述iToF模组位于所述反射光信号的照射视场内，从而所述iToF模组的像素阵列内不同像素点感应到的光信号飞行时间一致。
[0014]在一些实施例中，所述装置包括多个所述iToF模组以及一同步底板；多个所述iToF模组在所述同步底板上阵列排布，并均位于所述反射光信号的照射视场内，且其中一个iToF模组作为主动模组以主动发出调制光信号，其它iToF模组作为被动模组被动接收所述反射光信号；所述同步底板用于同步控制所有所述iToF模组的快门信号，以对多个所述iToF模组同时进行FPPN标定并得到各自的FPPN标定结果。
[0015]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种iToF模组固定相位模式噪声标定方法，包括如下步骤：在iToF模组的镜头安装之前进行wiggling标定获取所述iToF模组的wiggling标定结果；架设iToF模组固定相位模式噪声标定装置，所述装置包括至少一所述iToF模组以及一反射器件，所述iToF模组包括镜头安装基座以及与所述镜头安装基座相邻设置的发光器，其中，所述镜头安装基座上未安装镜头，所述反射器件与所述iToF模组之间的距离能够使得所述iToF模组位于所述反射光信号的照射视场内，从而所述iToF模组的像素阵列内不同像素点感应到的光信号飞行时间一致；采用发光器发出调制光信号；采用所述反射器件对所述调制光信号进行反射形成反射光信号；解调抵达所述iToF模组的像素阵列上的反射光信号，并对解调后的光信号进行积分转化为电信号，获取各个像素点的相移测量值；以及根据所述wiggling标定结果以及所述相移测量值，得到各个像素点的FPPN标定结果。
[0016]本专利技术从FPPN标定的特点出发，通过创造对像素阵列内不同位置的像素点近乎相同的光信号飞行时间，以及需满足发光器发出的调制光信号经过反射器件反射后可以照射到整个iToF模组的要求即可进行标定工作，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种iToF模组固定相位模式噪声标定装置，其特征在于，包括：至少一iToF模组，所述iToF模组包括镜头安装基座以及与所述镜头安装基座相邻设置的发光器，其中，所述镜头安装基座上未安装镜头；反射器件，用于以对所述发光器发出的调制光信号进行反射形成反射光信号；其中，所述反射器件与所述iToF模组之间的距离，能够使得所述iToF模组位于所述反射光信号的照射视场内，从而所述iToF模组的像素阵列内不同像素点感应到的光信号飞行时间一致。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反射器件与所述iToF模组之间的距离大于10厘米。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光器为垂直腔表面发射激光器、红外发光器或发光二极管的任意其中之一；所述反射器件为平面反射镜，并位于所述调制光信号的照射视场内，所述平面反射镜用于以对所述发光器发出的调制光信号进行镜面反射形成所述反射光信号；所述镜头安装基座具有带通滤波片，以滤除环境光对标定结果的影响。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个所述iToF模组以及一同步底板；多个所述iToF模组在所述同步底板上阵列排布，并均位于所述反射光信号的照射视场内，且其中一个iToF模组作为主动模组以主动发出调制光信号，其它iToF模组作为被动模组被动接收所述反射光信号；所述同步底板用于同步控制所有所述iToF模组的快门信号，以对多个所述iToF模组同时进行FPPN标定并得到各自的FPPN标定结果。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述同步底板同步控制所有所述iToF模组的时间延迟小于或等于10us。6.一种iToF模组固定相位模式噪声标定方法，其特征在于，包括如下步骤：在iToF模组的镜头安装之前进行wiggling标定获取所述iToF模组的wiggling标定结果；架设iToF模组固定相位模式噪声标定装置，所述装置包括至少一所述iToF模组以及一反射器件，所述iToF模组包括镜头安装基座以及与所述镜头安装基座相邻设置的发光器，其中，所述镜头安装基座上未安装镜头，所述反射器件与所述iToF模组之间的距离能够使得所述iToF模组位于所述反射光信号的照射视场内，从而所述iToF模组的像素阵列内不同像素点感应到的光信号飞行时间一致；采用发光器发出调制光信号；采用所述反射器件对所述调制光信号进行反射形成反射光信号；解调抵达所述iToF模组的像素阵列上的反射光信号，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡涛，汪豪，朱颖佳，李弘实，李效白，
申请(专利权)人：福建杰木科技有限公司，
类型：发明
国别省市：