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深度相机的测量误差建模及校正

魏瑞丽 王明军 周熠铭 易芳

魏瑞丽, 王明军, 周熠铭, 易芳. 深度相机的测量误差建模及校正[J]. . doi: 10.37188/CO.2023-0047
引用本文: 魏瑞丽, 王明军, 周熠铭, 易芳. 深度相机的测量误差建模及校正[J]. . doi: 10.37188/CO.2023-0047
WEI Rui-li, WANG Ming-jun, ZHOU Yi-ming, YI Fang. Modeling and correction of measurement errors based on depth cameras[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2023-0047
Citation: WEI Rui-li, WANG Ming-jun, ZHOU Yi-ming, YI Fang. Modeling and correction of measurement errors based on depth cameras[J]. Chinese Optics. doi: 10.37188/CO.2023-0047

深度相机的测量误差建模及校正

doi: 10.37188/CO.2023-0047
基金项目: 国家自然科学基金重大研究计划培育项目(No. 92052106)、国家自然科学基金(No. 61771385,No. 62101313)、陕西省杰出青年科学基金(No. 2020JC-42)
详细信息
    作者简介:

    魏瑞丽(1978—),女,陕西咸阳人,本科,讲师,主要从事物理光学的研究。2001年获陕西理工大学物理学本科学位。E-mail:1799608812@qq.com

    王明军(1979—),男,陕西安康人,博士,博导/教授,博士生导师,主要从事无线光通信理论与技术方面的研究。2001年获陕西理工大学物理学本科学位。2004年和2008年获西安电子科技大学无线电物理专业硕士和博士研究生学位。2009 年至 2011 年在西北工业大学电子信息学院(博士后),2012年在美国佛罗里达州大学(访问学者),2013 年至 2016 年在西安理工大学自动化与信息工程学院(博士后),2017年至今现西安理工大学三级教授、硕/博士生导师。E-mail:wangmingjun@xaut.edu.cn

    周熠铭(1999—),女,陕西宝鸡人,硕士,主要从事 雷达点云数据处理方面的研究。E-mail:315022934@qq.com

    易 芳(1995—),女,陕西安康人,硕士,主要从事 雷达点云数据处理方面的研究。E-mail:1625707287@qq.com

  • 中图分类号: TP391.41

Modeling and correction of measurement errors based on depth cameras

Funds: Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 92052106,No. 61771385,No. 62101313) and Shaanxi Province Science Foundation for Distinguished Young Scholars (Grant No. 2020JC-42)
More Information
  • 摘要:

    Time of Flight(ToF)深度相机是获取三维点云数据的重要手段之一,但ToF深度相机受到自身硬件和外部环境的限制,其测量数据存在一定的误差。针对ToF深度相机的非系统误差,本文通过实验验证了被测目标的颜色、距离和相对运动均会对深度相机获取的数据产生影响,且所生的误差影响均不相同。基于摆动误差以及任何信号都可以表示成傅里叶级数的形式,文中提出了新的测量误差模型对颜色和距离产生的误差进行了校正;对于相对运动产生的误差,建立了三维运动模糊函数进行恢复。通过对所建的校正模型进行数值分析,距离和颜色的残余误差小于4 mm,相对运动所带来的误差小于0.7 mm。本文所做工作改善了ToF深度相机的测量数据的质量,为开展三维点云重建等工作提供了更精准的数据支持。

     

  • 图 1  ToF深度相机原理图

    Figure 1.  Schematic diagram of the ToF depth camera

    图 2  颜色、距离及相对运动的实验图

    Figure 2.  Experimental diagram of color, distance, and relative motion

    图 3  不同颜色在距离相机1.5m时的侧面图

    Figure 3.  Side view of different colors at a distance of 1.5m from the camera

    图 4  旋转30°的点云图

    Figure 4.  Point cloud map rotated by 30°

    图 5  不同颜色对深度误差的影响

    Figure 5.  Effect of different colors on depth errors

    图 6  不同转速不同角度的平均误差

    Figure 6.  Average error at different speeds and angles

    图 7  平均深度误差及误差模型

    Figure 7.  Average depth error and error model

    图 8  深度误差校正结果

    Figure 8.  Depth error correction results

    图 9  不同颜色的误差校正结果及校正模型

    Figure 9.  Error correction results and correction models for different colors

    图 10  不同转速下不同角度的误差校正结果

    Figure 10.  Error correction results at different angles and speeds

    表  1  模型参数

    Table  1.   Model parameters

    参数名 ${a_0}$ ${a_1}$ ${a_2}$ ${a_3}$ ${a_4}$
    参数值 0.001684 −0.002211 −0.001091 −0.002439 0.002291
    参数名 w ${b_1}$ ${b_2}$ ${b_3}$ ${b_4}$
    参数值 1.464 0.0007332 0.002141 0.002785 −0.0004192
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  • 网络出版日期:  2023-09-13

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