TOF三维摄像机的误差分析及补偿方法研究

基于TOF(飞行时间法,Time-of-flight)技术的三维摄像机是一种新型的、小型化三维成像设备,可同时捕捉动态目标的灰度图像和深度信息,具有诸多传统平面相机和测量设备无法比拟的优点,TOF三维摄像机技术的研究已成为国内外测量成像领域的研究热点。论文开展TOF三维摄像机的误差分析与补偿方法研究,系统地分析了目前TOF摄像机存在的误差,并针对误差特点设计对应的补偿算法,论文的主要工作如下: (1)系统介绍了TOF摄像机的测量原理、系统结构和信号处理模型。分析了TOF摄像机存在的曝光误差、弯曲误差、测量角度误差等误差,按照形成机理分为静态误差和动态误差两类并进行了实验验证。 (2)设计了TOF摄像机静态误差补偿算法。通过亮度信息找出曝光过度的像素,采用均值滤波法去除噪点;结合摄像机测量信号的光学模型,推导弯曲误差纠正公式,使用的纠偏系数矩阵降低测量误差,解决传感器边角测距数值大于中心的问题。 (3)设计TOF摄像机动态误差补偿框架。通过分析数据判断目标特征,使用自适应的纠偏系数,实现不同材质、不同颜色的动态误差补偿。 (4)结合静态和动态误差补偿算法,建立TOF摄像机误差补偿的综合模型。通过对比实验证明,该模型不仅有效纠正了摄像机固定存在的静态误差,同时也在抑制了测量环境引起的动态误差,显著的提高了TOF摄像机的测量精度。