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基于相关法飞行时间三维感知的误差机理研究

卢纯青 宋玉志 武延鹏 杨孟飞

卢纯青, 宋玉志, 武延鹏, 杨孟飞. 基于相关法飞行时间三维感知的误差机理研究[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1113002-1113002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1113002
引用本文: 卢纯青, 宋玉志, 武延鹏, 杨孟飞. 基于相关法飞行时间三维感知的误差机理研究[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1113002-1113002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1113002
Lu Chunqing, Song Yuzhi, Wu Yanpeng, Yang Mengfei. Theoretical investigation on correlating time-of-flight 3D sensation error[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(11): 1113002-1113002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1113002
Citation: Lu Chunqing, Song Yuzhi, Wu Yanpeng, Yang Mengfei. Theoretical investigation on correlating time-of-flight 3D sensation error[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(11): 1113002-1113002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1113002

基于相关法飞行时间三维感知的误差机理研究

doi: 10.3788/IRLA201948.1113002
详细信息
    作者简介:

    卢纯青(1988-),男,工程师,主要从事空间成像感知与智能导航控制技术方面的研究。Email:cust0702@sina.com

  • 中图分类号: TP212.14

Theoretical investigation on correlating time-of-flight 3D sensation error

  • 摘要: 飞行时间测量是三维感知系统的重要原理之一。近年来随着半导体技术的发展,基于信号相关法的飞行时间测量系统以其无活动部件、高集成度、低功耗的优势,在三维成像领域迅速发展。文中系统研究了基于信号相关的飞行时间测量技术的数学原理,分析了其误差来源及其数学模型,并进行了横向对比。研究结果表明:飞行时间成像系统的光源误差、多路径误差和环境光是制约测量精度和适用范围的主要因素。
  • [1] Plaue M. Technical report:analysis of the PMD imaging system[D]. Heidelberg:University of Heidelberg, 2006.
    [2] Lange R. 3D time-of-flight distance measurement with custom solid-state image sensors in CMOS/CCD-technology[D]. Siegen:University of Siegen, 2000.
    [3] Falie D, Buzuloiu V. Noise characteristics of 3D time-of-flight cameras[C]//2007 International Symposium on Signals, Circuits and Systems. IEEE, 2007, 1:1-4.
    [4] Lee C, Kim S Y, Choi B, et al. Depth error compensation for camera fusion system[J]. Optical Engineering, 2013, 52(7):073103.
    [5] Schmidt M, Jhne B. A physical model of time-of-flight 3D imaging systems, including suppression of ambient light[C]//Workshop on Dynamic 3D Imaging, 2009:1-15.
    [6] Dorrington A A, Cree M J, Carnegie D A, et al. Video-rate or high-precision:A flexible range imaging camera[C]//SPIE, 6813:681307.
    [7] Fuchs S, May S. Calibration and registration for precise surface reconstruction with time-of-flight cameras[J]. International Journal of Intelligent Systems Technologies and Applications, 2008, 5(3-4):274-284.
    [8] Lindner M, Kolb A. Lateral and depth calibration of PMD-distance sensors[C]//International Symposium on Visual Computing, 2006:524-533.
    [9] Fersch T, Weigel R, Koelpin A. A CDMA modulation technique for automotive time-of-flight LiDAR systems[J]. IEEE Sensors Journal, 2017, 17(11):3507-3516.
    [10] Ai X, Nock R, Rarity J G, et al. High-resolution random-modulation cw lidar[J]. Applied Optics, 2011, 50(22):4478-4488.
    [11] Atalar O, Van Laer R, Sarabalis C J, et al. Time-of-flight imaging system on resonant photoelastic modulation[J]. Applied Optics, 2019, 58(9):2235-2247.
    [12] Gupta M, Nayar S, Velten A, et al. A geometric perspective on time-of-flight camera design[C]//SPIE, 2019, 10889:1088902.
    [13] Jongenelen A P P, Bailey D G, Payne A D, et al. Analysis of errors in tof range imaging with dual-frequency modulation[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2011, 60(5):1861-1868.
    [14] Jimenez D, Pizarro D, Mazo M, et al. Modelling and correction of multipath interference in time of flight cameras[J]. Image Vision Computing, 2014, 32(1):1-13.
    [15] Karel W, Ghuffar S, Pfeifer N. Quantifying the distortion of distance observations caused by scattering in time-of-flight range cameras[J]. International Archives of Photogrammetry, 2010, 38(5):316-321.
    [16] Reynolds M, Dobos J, Peel L, et al. Capturing time-of-flight data with confidence[C]//IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2011:945-952.
    [17] Cui Y, Schuon S, Chan D, et al. 3D shape scanning with a time-of-flight camera[C]//IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. IEEE, 2010:1173-1180.
    [18] Marco J, Hernandez Q, Munoz A, et al. DeepToF:off-the-shelf real-time correction of multipath interference in time-of-flight imaging[J]. ACM Transactions on Graphics (ToG), 2017, 36(6):219.
    [19] Zach G, Davidovic M, Zimmermann H. A 1616 pixel distance sensor with in-pixel circuitry that tolerates 150 klx of ambient light[J]. IEEE J Solid-State Circuits, 2010, 45(7):1345-1353.
    [20] Zach G, Zimmermann H. A 232 range-finding sensor array with pixel-inherent suppression of ambient light up to 120klx[C]//2009 IEEE International Solid-State Circuits Conference-Digest of Technical Papers, IEEE, 2009:352-353.
    [21] Sawada T, Kawahito S, Nakayama M, et al. A TOF range image sensor with an ambient light charge drain and small duty-cycle light pulse[C]//International Image Sensor Workshop, 2007:254-257.
  • [1] 邵家起, 陈洪雷, 丁瑞军.  线性APD混合飞行时间测距模型及读出电路设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20220892-1-20220892-10. doi: 10.3788/IRLA20220892
    [2] 郑丽霞, 吴金, 孙伟锋, 万成功, 刘高龙, 王佳琦, 顾冰清.  SPAD阵列读出电路关键技术与发展趋势(特邀) . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220903-1-20220903-9. doi: 10.3788/IRLA20220903
    [3] 王家天, 刘闯, 任姣姣, 张丹丹, 顾健.  多层胶接结构胶层均匀性的太赫兹时域表征方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210430-1-20210430-7. doi: 10.3788/IRLA20210430
    [4] 靳辰飞, 田小芮, 唐勐, 王峰, 杨杰, 乔凯, 史晓洁, 张思琦.  非视域三维成像激光雷达的研究进展 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210471-1-20210471-16. doi: 10.3788/IRLA20210471
    [5] 刘斌, 谯倩, 赵静, 张子淼, 李志伟, 张宝峰.  基于高频方差熵清晰度评价函数的聚焦三维测量方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200326-1-20200326-9. doi: 10.3788/IRLA20200326
    [6] 孙建波, 潘幸华, 杨良, 陈万春, 赵育善.  滑翔飞行器线性伪谱模型预测控制三维轨迹规划 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20200279-1-20200279-7. doi: 10.3788/IRLA20200279
    [7] 李勇, 张广汇, 马利红, 应晓霖, 姚建云.  条纹投影动态三维表面成像技术综述 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303005-0303005-13. doi: 10.3788/IRLA202049.0303005
    [8] 刘晓利, 何懂, 陈海龙, 蔡泽伟, 殷永凯, 彭翔.  结构光三维传感器测量网相关技术 . 红外与激光工程, 2020, 49(3): 0303007-0303007-10. doi: 10.3378/IRLA202049.0303007
    [9] 康岩, 薛瑞凯, 李力飞, 张同意, 张勇, 赵卫.  基于像素复用的SPAD阵列连续扫描三维成像 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200375-20200375. doi: 10.3788/IRLA20200375
    [10] 刘轶群, 魏悦川, 张敏情, 周潭平, 杨晓元.  基于三维成像技术的安全二维码 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 503003-0503003(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0503003
    [11] 刘波, 赵娟莹, 眭晓林, 曹昌东, 颜子恒, 吴姿妍.  阵列分束激光三维成像技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 606001-0606001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0606001
    [12] 陈妮, 左超, Byoungho Lee.  基于深度测量的三维成像技术 . 红外与激光工程, 2019, 48(6): 603013-0603013(25). doi: 10.3788/IRLA201948.0603013
    [13] 张惠, 李国平, 张勇, 胡守伟.  基于三维反正切函数拟合的光斑质心提取算法 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 226001-0226001(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0226001
    [14] 黄民双, 刘晓晨, 马鹏.  脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 317004-0317004(5). doi: 10.3788/IRLA201847.0317004
    [15] 王新伟, 孙亮, 雷平顺, 范松涛, 董晗, 杨于清, 钟鑫, 陈嘉男, 何军, 周燕.  水下超视距三角形距离能量相关三维成像(特邀) . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 903001-0903001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0903001
    [16] 陈超, 於燕琴, 黄淑君, 刘晓利, 徐静, 张宗华.  三维小视场成像系统 . 红外与激光工程, 2016, 45(8): 824002-0824002(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0824002
    [17] 范有臣, 赵洪利, 孙华燕, 郭惠超, 赵延仲.  互相关算法在运动目标距离选通激光三维成像中的应用 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 617003-0617003(9). doi: 10.3788/IRLA201645.0617003
    [18] 张东来, 李小将, 杨业伟.  激光辐照飞行靶三维温度场数值模拟 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2883-2888.
    [19] 韩郁翀, 秦俊, 马兴鸣, 赵兰明, 李雨农.  基于飞行时间深度图像变化率的火焰识别方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 338-344.
    [20] 岱钦, 耿岳, 李业秋, 张乐, 郝永平.  利用TDC-GP21的高精度激光脉冲飞行时间测量技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1706-1709.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-05
  • 修回日期:  2019-10-15
  • 刊出日期:  2019-11-25

基于相关法飞行时间三维感知的误差机理研究

doi: 10.3788/IRLA201948.1113002
    作者简介:

    卢纯青(1988-),男,工程师,主要从事空间成像感知与智能导航控制技术方面的研究。Email:cust0702@sina.com

  • 中图分类号: TP212.14

摘要: 飞行时间测量是三维感知系统的重要原理之一。近年来随着半导体技术的发展,基于信号相关法的飞行时间测量系统以其无活动部件、高集成度、低功耗的优势,在三维成像领域迅速发展。文中系统研究了基于信号相关的飞行时间测量技术的数学原理,分析了其误差来源及其数学模型,并进行了横向对比。研究结果表明:飞行时间成像系统的光源误差、多路径误差和环境光是制约测量精度和适用范围的主要因素。

English Abstract

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