專利名稱：3d相機的誤差補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及一種基于成像器(imager)系統(tǒng)的機動車輛乘客感測系統(tǒng)，更具體而言，涉及一種3D相機的誤差補償方法，一種采用3D飛行時間(time-of-flight)相機改善距離確定的方法。
背景技術(shù)：
在機動車輛中，對于諸如安全氣囊等等的輔助約束系統(tǒng)的適當(dāng)控制需要對與安全氣囊相關(guān)的車輛座位的乘客狀態(tài)進行可靠感測。如果輔助系統(tǒng)的使用適應(yīng)于車輛座位的實際乘客位置，該系統(tǒng)在實際中將最為有效。此外，為了在乘客離開位置時，例如在乘客處于使用安全氣囊將造成對乘客的嚴(yán)重傷害的情況下，使得安全氣囊無效，對于可能的乘客的位置的可靠感測是非常重要的。
一種乘客感測系統(tǒng)是基于光學(xué)成像器系統(tǒng)，其用于確定乘客的存在，和/或者其當(dāng)前就座位置和/或者例如乘客頭部的定位。這種光學(xué)成像器系統(tǒng)包括用于監(jiān)視特定感測區(qū)域的例如CCD或者CMOD相機，以及用于評價該相機采集的圖像的相關(guān)控制單元。該控制單元使用合適的圖像處理算法，檢測指示例如乘客存在的預(yù)定圖案，并且檢測特定部位的位置，例如乘客頭部。根據(jù)該位置，控制單元可以得到乘客的就座位置，并生成對于安全氣囊控制單元的相應(yīng)控制信號。
由于必須在三維空間中確定乘客的位置，因此有利的是使用3D相機，其在記錄位置圖像的同時還記錄深度信息。這種3D相機通?；陲w行時間(TOF)原理，其中，到目標(biāo)的距離是根據(jù)在成像器的像素中特定積分時間內(nèi)累積的電荷而確定的。因此，這種相機可以立即提供實現(xiàn)三維空間中位置確定所需要的數(shù)據(jù)。
然而，當(dāng)前已知的四抽頭成像器傳感器會遇到固有的增益誤差和偏移誤差問題。這些誤差被3D-TOF相機轉(zhuǎn)換為距離測量中的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種方法，用于根據(jù)3D成像器的傳感器響應(yīng)確定校正距離值。
發(fā)明的一般描述為了克服上述問題，本發(fā)明提出一種方法，用于根據(jù)四抽頭3D成像器傳感器的輸出確定場景中的距離值d，其中，所述距離值d根據(jù)在預(yù)定積分時間Tintg內(nèi)在所述成像器傳感器的像素中累積的電荷而確定，其中，所述預(yù)定積分時間Tintg被劃分為多個部分積分時間間隔(T1，T2，T3，T4)，并且其中，所述距離值d根據(jù)在每個所述部分積分時間間隔(T1，T2，T3，T4)結(jié)束時所述四個抽頭中各個抽頭的響應(yīng)來計算的。
在本方法的優(yōu)選實施例中，部分積分時間間隔的數(shù)量為4，和/或者各個部分積分時間間隔具有基本上相同的長度。
在對場景進行記錄期間，通常用產(chǎn)生照明的光源照亮所述場景。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該照明對于每個部分積分時間間隔都具有不同的相位。例如，所述場景可以由產(chǎn)生照明的光源照亮，其中，所述照明的相位在兩個連續(xù)的部分積分時間間隔之間偏移90度。
用于確定校正距離值的方法優(yōu)選地包括以下步驟a)將所述預(yù)定積分時間Tintg劃分為長度基本上相同的4個部分積分時間間隔T1、T2、T3、T4(T1＝T2＝T3＝T4＝Tintg/4)；b)在第一個積分時間間隔T1結(jié)束時，確定4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_0(Tap0)、A1_0(Tap1)、A2_0(Tap2)、A3_0(Tap3)，所述各個輸出電壓值與所述4個抽頭的每一個中在該積分時間間隔T1期間累積的電荷成比例；c)在第一個積分時間間隔T1結(jié)束時且在第二個積分時間間隔T2開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移90度；d)在第二個積分時間間隔T2結(jié)束時，確定4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_90(Tap0)、A1_90(Tap1)、A2_90(Tap2)、A3_90(Tap3)，所述各個輸出電壓值與所述4個抽頭的每一個中在該積分時間間隔T2期間累積的電荷成比例；e)在第二個積分時間間隔T2結(jié)束時且在第三個積分時間間隔T3開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移180度；f)在第三個積分時間間隔T3結(jié)束時，確定4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，開且將所確定的電壓值存儲為A0_180(Tap0)、A1_180(Tap1)、A2_180(Tap2)、A3_180(Tap3)，所述各個輸出電壓值與所述4個抽頭的每一個中在該積分時間間隔T3期間累積的電荷成比例；g)在第三個積分時間間隔T3結(jié)束時且在第四個積分時間間隔T4開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移270度；f)在第四個積分時間間隔T4結(jié)束時，確定4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_270(Tap0)、A1_270(Tap1)、A2_270(Tap2)、A3_270(Tap3)，所述各個輸出電壓值與所述4個抽頭的每一個中在該積分時間間隔T4期間累積的電荷成比例；可以使用以下公式確定校正距離d(以m為單位)d=cf·4·π·atan2(A2_0+A3_0+A0_180+A1_270-(A0_0+A1_90+A2_180+A3_270),]]>A3_0+A0_90+A1_180+A2_270-(A1_0+A2_90+A3_180+A0-270))]]>其中，atan2(x，y)是元素x和y的實數(shù)部分的四象限反正切函數(shù)，c是光速(以m/s為單位)，f是照明的調(diào)制頻率(以Hz為單位)。
在本實施例中，和運算和差運算實現(xiàn)為數(shù)字硬件加法器和減法器，和/或者除法運算和反正切運算實現(xiàn)為使用數(shù)字逐次逼近法器件從直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。
因此，本發(fā)明的思想是將積分時間間隔分割為等長的短時間間隔，記錄在每個短時間間隔結(jié)束時的4個集成抽頭的響應(yīng)，并且使用這16個值來進行具有較小誤差的距離計算。
優(yōu)點是基于該方法的距離計算得到具有較小誤差的距離輸出?？梢酝耆跁r間上恒定的增益誤差和偏移誤差。
對于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的3D圖像的測量而言，成像器需要Tintg的積分時間間隔，該時間間隔延續(xù)幾個調(diào)制周期，即，該時間間隔包含多個照明周期。在此所述的改進方法將該時間間隔劃分為長度基本上相同的4個時間間隔T1、T2、T3、T4T1＝T2＝T3＝T4＝Tintg/4。
在第一個積分時間間隔T1結(jié)束時，測量4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將其存儲為A0_0＝Tap0、A1_0＝Tap1、A2_0＝Tap2、A3_0＝Tap3。所述輸出電壓值與在該積分時間間隔T1期間累積的電荷成比例。
在下一個積分時間間隔T2期間，將照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移90度。在第二個積分時間間隔T2結(jié)束時，測量4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將其存儲為A0_90＝Tap0、A1_90＝Tap1、A2_90＝Tap2、A3_90＝Tap3。所述輸出電壓值與在該積分時間間隔T2期間累積的電荷成比例。
在下一個積分時間間隔T3期間，將照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移180度。在第三個積分時間間隔T3結(jié)束時，測量4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將其存儲為A0_180＝Tap0、A1_180＝Tap1、A2_180＝Tap2、A3_180＝Tap3。所述輸出電壓值與在該積分時間間隔T3期間累積的電荷成比例。
在下一個積分時間間隔T4期間，將照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移270度。在第四個積分時間間隔T4結(jié)束時，測量4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將其存儲為A0_270＝Tap0、A1_270＝Tap1、A2_270＝Tap2、A3_270＝Tap3。所述輸出電壓值與在該積分時間間隔T4期間累積的電荷成比例。
然后，按照以下公式，使用所存儲的值計算以m為單位的校正距離dd=cf·4·π·atan2(A2_0+A3_0+A0_180+A1_270-(A0_0+A1_90+A2_180+A3_270),]]>A3_0+A0_90+A1_180+A2_270-(A1_0+A2_90+A3_180+A0-270))]]>其中，atan2(x，y)是元素x和y的實數(shù)部分的四象限反正切函數(shù)，c是以m/s為單位的光速，f是以Hz為單位的照明的調(diào)制頻率。
權(quán)利要求
1.用于根據(jù)四抽頭3D成像器傳感器的輸出確定距離值d的方法，其中，所述距離值d根據(jù)在預(yù)定積分時間Tintg內(nèi)在所述成像器傳感器的像素中累積的電荷而確定，其特征在于，所述預(yù)定積分時間Tintg被劃分為多個部分積分時間間隔(T1，T2，T3，T4)，并且其中，所述距離值d是基于在每個所述部分積分時間間隔(T1，T2，T3，T4)結(jié)束時所述四個抽頭中各個抽頭的響應(yīng)來計算的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述部分積分時間間隔具有基本上相同的長度。
3.如權(quán)利要求1到2中任意一個所述的方法，其中，所述部分積分時間間隔的數(shù)量為4。
4.如權(quán)利要求1到3中任意一個所述的方法，其中，所述場景由產(chǎn)生照明的光源照亮，所述照明對于每個所述部分積分時間間隔都具有不同的相位。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一個所述的方法，其中，所述場景由產(chǎn)生照明的光源照亮，并且其中，所述照明的相位在兩個連續(xù)的部分積分時間間隔之間偏移90度。
6.如權(quán)利要求1到5中任意一個所述的方法，包括以下步驟a)將所述預(yù)定積分時間Tintg劃分為長度基本上相同的4個部分積分時間間隔T1、T2、T3、T4(T1＝T2＝T3＝T4＝Tintg/4)；b)在所述第一個積分時間間隔T1結(jié)束時，確定所述4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_0(Tap0)、A1_0(Tap1)、A2_0(Tap2)、A3_0(Tap3)，所述各個輸出電壓值分別與在所述部分積分時間間隔T1期間在所述4個抽頭的每一個中累積的電荷成比例；c)在所述第一個積分時間間隔T1結(jié)束時且在所述第二個積分時間間隔T2開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移90度；d)在所述第二個積分時間間隔T2結(jié)束時，確定所述4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_90(Tap0)、A1_90(Tap1)、A2_90(Tap2)、A3_90(Tap3)，所述各個輸出電壓值分別與在所述部分積分時間間隔T2期間在所述4個抽頭的每一個中累積的電荷成比例；e)在所述第二個積分時間間隔T2結(jié)束時且在所述第三個積分時間間隔T3開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移180度；f)在所述第三個積分時間間隔T3結(jié)束時，確定所述4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_180(Ta0)、A1_180(Tap1)、A2_180(Tap2)、A3_180(Tap3)，所述各個輸出電壓值分別與在所述部分積分時間間隔T3期間在所述4個抽頭的每一個中累積的電荷成比例；g)在所述第三個積分時間間隔T3結(jié)束時且在所述第四個積分時間間隔T4開始之前，將場景照明的相位相對于在T1期間使用的照明偏移270度；h)在所述第四個積分時間間隔T4結(jié)束時，確定所述4個抽頭Tap0、Tap1、Tap2、Tap3的輸出電壓，并且將所確定的電壓值存儲為A0_270(Tap0)、A1_270(Tap1)、A2_270(Tap2)、A3_270(Tap3)，所述各個輸出電壓值分別與在所述部分積分時間間隔T4期間在所述4個抽頭的每一個中累積的電荷成比例。
7.如權(quán)利要求1到6中任意一個所述的方法，包括使用以下公式確定所述校正距離值d(以m為單位)的步驟d=cf·4·π·atan2(A2_0+A3_90+A0_180+A1_270-(A0_0+A1_90+A2_180+A3_270),]]>A3_0+A0_90+A1_180+A2_270-(A1_0+A2_90+A3_180+A0_270))]]>其中，a tan 2(x，y)是元素x和y的實數(shù)部分的四象限反正切函數(shù)，c是光速(以m/s為單位)，f是所述照明的調(diào)制頻率(以Hz為單位)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述和運算和差運算實現(xiàn)為數(shù)字硬件加法器和減法器。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中，所述除法運算和反正切運算實現(xiàn)為使用數(shù)字逐次逼近法器件從直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。
全文摘要
公開了一種根據(jù)四抽頭3D相機傳感器的輸出確定場景中的距離值d的方法，其中，所述距離d根據(jù)在預(yù)定積分時間Tintg期間在成像器傳感器的像素中累積的電荷而確定。根據(jù)本發(fā)明，預(yù)定積分時間Tintg被劃分為多個部分積分時間間隔(T
文檔編號G01S17/89GK101065683SQ200580040178
公開日2007年10月31日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者L·拉梅施 申請人:Iee國際電子工程股份公司