TOF深度相机误差分析及补偿方法Error analysis and compensation method for TOF depth-sensing camera
李震;颜少华;刘岳;郭玉姗;洪添胜;吕石磊;
摘要(Abstract)：
主要分析了基于TOF测量技术的深度相机的深度误差产生的原理,针对ARGUS-A5型号深度相机产生的各类误差建立相对应的误差补偿模型,消去其误差影响。首先,利用黑白棋盘格标定法及Matlab摄像机标定工具箱标定了深度相机的内参矩阵以及畸变系数,消除了光心偏移误差、畸变误差;其次,基于针孔成像模型建立了平面误差补偿模型,消除了成像平面像素点的深度高估误差;最后,在不同深度下采集一个标准平面的数据,与真实深度数据进行线性拟合,建立深度信息误差查找表。结果表明,补偿后深度信息误差下降率为95.38%,最大误差率减少9.66%,补偿时间在20 ms内。
关键词(KeyWords)： TOF深度相机;深度误差;数据校正;误差补偿;线性拟合;深度信息
基金项目(Foundation): 国家自然科学基金项目（31971797）;; 国家现代农业柑橘产业技术体系专项资金（CARS-26）;; 广州市科技计划项目（201803020037）;; 广东省重点领域研发计划项目（2019B020223001）
作者(Author): 李震;颜少华;刘岳;郭玉姗;洪添胜;吕石磊;
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DOI: 10.16652/j.issn.1004-373x.2021.07.010
参考文献(References)：
- [1] IQBAL S M,GOPAL A,SANKARANARAYANAN P E,et al.Classification of selected citrus fruits based on color using machine vision system[J]. International journal of food properties,2016,19(2):272-288.
- [2] RADCLIFFE J,COX J,BULANON D M. Machine vision for orchard navigation[J]. Computers in industry,2018,98:165-171.
- [3] VáZQUEZ-ARELLANO M,REISER D,PARAFOROS D S,et al. 3-D reconstruction of maize plants using a time-of-flight camera[J]. Computers and electronics in agriculture,2018,145:235-247.
- [4]程祥云，宋欣.果蔬采摘机器人视觉系统研究综述[J].浙江农业科学，2019,60(3):490-493.
- [5]王乐，罗宇，王海宽，等.TOF深度相机测量误差校正模型[J].系统仿真学报，2017,29(10):2323-2329.
- [6]卢纯青，宋玉志，武延鹏，等.基于TOF计算成像的三维信息获取与误差分析[J].红外与激光工程，2018,47(10):153-159.
- [7]王亚洲.采用TOF面阵传感器与双目视觉融合的三维深度相机设计[D].深圳：深圳大学，2017.
- [8]丁津津.TOF三维摄像机的误差分析及补偿方法研究[D].合肥：合肥工业大学，2011.
- [9]张旭，邵双运，祝祥，等.光学三维扫描仪光强传递函数的测量和校正[J].中国光学，2018,11(1):123-130.
- [10]焦阿敏，孙鹏，董明利，等.基于曝光补偿的图像绝对中心矩改进算法[J].仪表技术与传感器，2017(3):113-117.
- [11]牛振岐，刘阔，王月敏，等.基于像素级别的Kinect深度测量误差补偿方法[J].光电子·激光，2016,27(11):1169-1175.
- [12]李占利，周康，牟琦，等.TOF相机实时高精度深度误差补偿方法[J].红外与激光工程，2019(12):253-262.
- [13] WU Yubin,JIANG Shixiong,XU Zhenkun,et al. Lens distortion correction based on one chessboard pattern image[J].Frontiers of optoelectronics,2015,8(3):319-328.
- [14]邾继贵，邹剑，林嘉睿，等.基于非成像模型的摄像机校准方法[J].天津大学学报（自然科学与工程技术版），2013,46(6):477-481.
- [15] BROWN D C. Decentering distortion of lenses[J]. Photometric engineering,1966,32(3):444-462.
- [16] RONDA J I,ANTONIO V. Geometrical analysis of polynomial lens distortion models[J]. Journal of mathematical imaging and vision,2019,61(3):252-268.