CN114076934B - 校准设备及深度相机的校准方法 - Google Patents

校准设备及深度相机的校准方法

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Abstract

一种校准设备，包括一基座、一立柱以及一横杆。立柱连接于基座上并沿第一方向延伸，横杆连接于立柱上。横杆包括一底座及一载具。底座固定于立柱，载具绕第二方向可转动地连接于底座，第二方向垂直于第一方向。载具包括一测距件及一校准台，校准台用于固定一深度相机。定义第三方向垂直于第一方向和第二方向，载具用于绕第二方向转动以带动深度相机的出光轴在第一方向和第三方向所限定的第一校准面内转动。本发明提供的校准设备有利于深度相机的出光轴与标定面的位置关系的确定及补偿，从而提高深度相机的校准精度。另，本发明还提供一种深度相机的校准方法。

Description

校准设备及深度相机的校准方法
技术领域
本发明涉及一种校准设备及深度相机的校准方法。
背景技术
飞行时间测距(Time of Flight，TOF)技术作为当今主流的3D成像技术之一，近几年取得了快速发展，尤其是在移动端实现3D人脸识别，场景识别，三维感知等方面取得重大突破，近来倍受关注。
TOF深度相机主要包括发射端和接收端，发射端用于发射高频调制的近红外光，红外光被物体表面反射后，接收端接收反射回来的光，并通过发射光与接收光的相位差或时间差来计算深度信息。然而，深度相机由于自身特性、成像条件及有外部环境的干扰，导致深度相机获取的数据存在误差，所以需要对深度相机进行校准。
现有技术中，校准时需要将深度相机放置于一标定面(如墙面)之前，控制深度相机发射和接收光线，计算深度相机与标定面之间的深度；同时利用距离传感器感测深度相机与标定面之间的距离，进而根据计算出来的深度与感测得到的距离之间的差异对深度相机进行校准。此过程要求深度相机的出光轴与标定面垂直。然而，实际校准时，由于标定面自身倾斜或校准设备放置不平等因素，导致对深度相机校准的精度低。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种校准设备，该校准设备可提高深度相机的校准精度。
另，还有必要提供一种深度相机的校准方法。
一种校准设备，包括一基座、一立柱以及一横杆。所述立柱连接于所述基座上并沿第一方向延伸，所述横杆连接于所述立柱上。
所述横杆包括一底座及一载具。所述底座固定于所述立柱，所述载具绕第二方向可转动地连接于所述底座，所述第二方向垂直于所述第一方向。所述载具包括一测距件及一校准台，所述校准台用于固定一深度相机。定义第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，所述载具用于绕所述第二方向转动以带动所述深度相机的出光轴在所述第一方向和所述第三方向所限定的第一校准面内转动。
进一步地，所述立柱绕所述第一方向可转动地连接于所述基座，所述立柱用于绕所述第一方向转动以带动所述深度相机的出光主轴在所述第二方向和所述第三方向所限定的第二校准面内转动。
进一步地，所述基座包括一基座主体及一第一驱动器，所述立柱连接于所述第一驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述立柱绕所述第一方向转动。
进一步地，所述横杆还包括一第二驱动器，所述第二驱动器用于驱动所述测距件和/或所述校准台绕所述第二方向转动。
进一步地，所述底座包括一第一底板及设置于所述底板一侧的两个第一侧板，所述底板及两个所述第一侧板共同围设形成一容置空间，所述载具可转动地收容于所述容置空间内，所述第二驱动器固定于所述第一侧板远离所述容置空间的一侧。
进一步地，所述载具还包括一旋转座，所述测距件及所述校准台固定在所述旋转座上，所述旋转座绕所述第二方向可转动地收容于所述容置空间内。
所述旋转座包括一第二底板及设置于所述第二底板的一第二侧板及一第三侧板，所述测距件及所述校准台连接于所述第三侧板上且所述测距件位于所述校准台及所述第二侧板之间，所述第二侧板朝向所述第二驱动器凸出形成一第一转轴，所述第一转轴与所述第二驱动器传动相连，所述校准台背离所述测距件的一侧凸出形成一第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴沿所述第二方向延伸。
进一步地，所述校准台可拆卸地连接于所述第三侧板。
进一步地，所述基座主体的材质包括橡胶。
一种深度相机的校准方法，包括步骤：
提供一如上所述的校准设备。
将一深度相机固定在所述校准设备的所述校准台上，使所述深度相机的出光轴朝向一标定面。
当所述测距件与所述校准台位于一第一位置时，所述测距件感测所述深度相机距离所述标定面之间的第一距离。
所述测距件与所述校准台绕所述第二方向转动一第一预定角度至第二位置，所述测距件感测所述深度相机距离所述标定面之间的第二距离。
根据所述第一预定角度、所述第一距离及所述第二距离计算所述标定面与所述第一方向之间的第一偏角。
根据所述第一偏角与所述第一预定角度计算一第一补偿角度，以及将所述测距件与所述校准台从所述第二位置开始绕所述第二方向转动所述第一补偿角度至第三位置，使所述光轴于所述第一校准面上垂直所述标定面。
进一步地，还包括步骤：
当所述测距件与所述校准台位于第四位置时，所述测距件感测所述深度相机距离所述标定面之间的第三距离。
所述立柱绕所述第一方向转动一第二预定角度，至所述深度相机到达一第五位置，所述测距件于所述第五位置感测所述深度相机距离所述标定面之间的第四距离。
根据所述第二预定角度、所述第三距离及所述第四距离距离计算所述标定面与所述第二方向之间的一第二偏角。
根据所述第二偏角与所述第二预定角度计算一第二补偿角度，以及从所述第五位置开始，将所述立柱绕所述第一方向转动所述第二补偿角度至所述深度相机至一第六位置，使所述深度相机的出光轴于所述第二校准面上垂直所述标定面。
本发明提供的校准设备，通过载具绕所述第二方向转动以带动所述深度相机的出光轴在第一校准面内转动，以及通过立柱绕所述第一方向转动以带动所述深度相机的出光主轴在第二校准面内转动，从而使得深度相机出光轴与标定面垂直，提高深度相机的校准精度。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的校准设备的整体示意图。
图2为图1所示的校准设备的局部放大图。
图3为图1所示的校准设备于第一校准面内的校正原理示意图。
图4为图1所示的校准设备于第二校准面内的校正原理示意图。
主要元件符号说明
校准设备 100 标定面 α
基座 10 第一校准面 E
基座主体 11 第二校准面 F
立柱 20 光轴 A
横杆 30 第一位置 M
底座 31 第二位置 N
容置空间 311 第三位置 S
第一底板 312 第四位置 G
第一侧板 313 第五位置 H
载具 32 第六位置 I
测距件 321 第一预设角度 β
校准台 322 第二预设角度 δ
第二转轴 3221 第一偏角 γ
旋转座 33 第二偏角 θ
第二底板 331 第一补偿角度 λ
第二侧板 332 第二补偿角度 λ
第一转轴 3321 第一距离 L1
第三侧板 333 第二距离 L2
第二驱动器 35 第三距离 L3
第一方向 O 第四距离 L4
第二方向 P 相交线 X
第三方向 Q 深度相机 200
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施方式中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例公开范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。
请一并参见图1、图2及图3，本发明实施例提供一种校准设备100，用于校准深度相机200，所述校准设备100包括一基座10、一立柱20及一横杆30。所述立柱20连接于所述基座10上并沿一第一方向O延伸，所述横杆30连接于所述立柱20上，所述横杆30用于连接一深度相机200。
所述横杆30包括一底座31及一载具32。所述底座31固定于所述立柱20上。所述载具32绕第二方向P可转动地连接于所述底座31，所述第二方向P垂直于所述第一方向O。所述载具32包括一测距件321及一校准台322，所述校准台322用于固定所述深度相机200。定义第三方向Q垂直于所述第一方向O和所述第二方向P，所述载具32通过绕所述第二方向P转动以带动所述深度相机200的出光轴A在所述第一方向O和所述第三方向Q所限定的第一校准面E内转动。所述测距件321用于测量所述深度相机200距离一标定面α之间的距离。
使用时，请结合参照图3，将所述深度相机200固定于所述校准设备100，并使所述深度相机200的出光轴A朝向一标定面α。通过设置所述测距件321及所述校准台322绕所述第二方向P可转动，从而能够在所述第一校准面E内对所述深度相机200的出光轴A的方向进行调节，从而调整出光轴A与所述标定面α之间的相对位置。具体的校准方法将于以下部分将重点阐述。
在本实施例中，所述立柱20绕所述第一方向O可转动地连接于所述基座10。所述基座10包括一基座主体11及一第一驱动器(图未示)。所述立柱20可活动地连接于所述基座主体11上，且所述第一驱动器的传动轴与所述立柱20传动连接，所述立柱20通过绕所述第一方向O转动以带动所述深度相机200的出光轴A在所述第二方向P和所述第三方向Q所限定的第二校准面F内转动。
使用时，请结合参照图4，将所述深度相机200固定于所述校准设备100，并使所述深度相机200的出光轴A朝向一标定面α。通过设置所述立柱20绕所述第一方向O可转动，从而能够在所述第二校准面F内对所述深度相机200的出光轴A的方向进行调节。通过进一步调节出光轴A与所述标定面α之间的相对位置，能够使出光轴A垂直于所述标定面α。具体的校准方法将于以下部分将重点阐述。
在本实施例中，所述基座主体11采用防震动的弹性材料制成，例如橡胶等，以减小楼层震动等因素对校准的准确度的影响。
在本实施例中，所述横杆30还包括一第二驱动器35，所述第二驱动器35驱动所述测距件321和/或所述校准台322绕所述第二方向P转动。
在本实施例中，所述校准设备100还包括一控制器(图未示)，所述控制器电性连接于所述第一驱动器和所述第二驱动器35，所述控制器用于控制所述第一驱动器及所述第二驱动器35转动。
在本实施例中，所述控制器40为可编程逻辑控制器，所述第一驱动器及所述第二驱动器35为步进电机，所述步进电机的定位精度为0.05度。
在本实施例中，所述底座31大致呈“U”形，所述底座31包括一第一底板312及设置于所述第一底板312一侧的两个第一侧板313。所述第一底板312及两个所述第一侧板313共同围设形成一容置空间311。所述载具32绕所述第二方向P可转动地收容于所述容置空间311内，所述第二驱动器35固定于所述第一侧板313远离所述容置空间311的一侧。
在本实施例中，所述载具32还包括一旋转座33，所述测距件321及所述校准台322固定在所述旋转座33上，所述旋转座33绕所述第二方向P可转动地收容于所述容置空间311内。
所述载具32还包括一旋转座33，所述旋转座33包括一第二底板331、一第二侧板332及一第三侧板333。所述第二侧板332设置于所述第二底板331的一侧边，所述第三侧板333设置于所述第二底板331的另一侧边，所述第二侧板332及所述第三侧板333相邻且朝向所述第二底板331的同侧。所述测距件321及所述校准台322连接于所述第三侧板333上且所述测距件321位于所述校准台322及所述第二侧板332之间。所述第二侧板332朝向所述第二驱动器35凸出形成一第一转轴3321，所述第一转轴3321与所述第二驱动器35传动相连。所述校准台322背离所述测距件321的一侧凸出形成一第二转轴3221，所述第二转轴3221与所述第一转轴3321同轴，且所述第二转轴3221可转动地连接于邻近的所述第一侧板313。
在本实施例中，所述校准台322可拆卸地连接于所述第三侧板333，通过选择不同的所述校准台322即可适用于不同型号或尺寸的所述深度相机200。
请一并参见图1、图2及图3，本发明实施例提供一种深度相机200的校准方法，包括步骤：
S1：提供一深度相机200，所述深度相机200可以应用于手势控制，3D建模，汽车雷达，人脸识别等领域。
S2：将所述深度相机200固定在如上所述的校准设备100，并使所述深度相机200的出光轴A朝向一标定面α；
S3:当所述深度相机200位于一第一位置M时，所述测距件321感测所述深度相机200与所述标定面α之间的第一距离L1；
S4：将所述测距件321及所述校准台322绕所述第二方向P顺时针(或逆时针)转动一第一预设角度β，使得所述深度相机200于所述第一位置M转动到一第二位置N，所述测距件321再次感测所述深度相机200与所述标定面α之间的第二距离L2；
S5:依据所述第一预设角度β、所述第一距离L1及所述第二距离L2计算出所述标定面α与所述第一方向O之间的第一偏角γ。计算公式如下式所示：
S6：将所述校准台322从所述第二位置N开始绕所述第三方向Q转动一第一补偿角度λ，使得所述深度相机200从所述第二位置N转动至第三位置S，于所述第三位置S，所述深度相机200的光轴A垂直于所述第一校准面E与所述标定面α的相交线X。其中，所述第一补偿角度λ的大小依据以下公式确定：
λ＝|β-γ|
其中，若β-γ＞0，则将所述校准台322绕所述第二方向P逆时针(或顺时针)转动所述第一补偿角度λ，使得所述深度相机200从所述第二位置N转动至所述第三位置S；
若β-γ＜0，则将所述校准台322绕所述第二方向P顺时针(或逆时针)转动所述第一补偿角度λ至所述第三位置S，使得所述深度相机200从所述第二位置N转动至所述第三位置S。
请一并参见图1、图2及图4，在本实施例中，所述校准方法还包括步骤：
S7：所述测距件321于第四位置G感测所述深度相机200距离所述标定面α之间的第三距离L3。
S8：将所述立柱20绕所述第一方向O顺时针(或逆时针)转动一第二预设角度δ，至所述深度相机200到达一第五位置H，所述测距件321再次感测所述深度相机200距离所述标定面α之间的第四距离L4。
S9：依据所述第二预设角度δ、所述第三距离L3及所述第四距离L4计算出所述标定面α与沿所述第二方向P之间的第二偏角θ，计算公式如下式所示：
S10：将所述立柱20绕所述第一方向O转动一第二补偿角度λ使所述深度相机200从所述第五位置H转动到一第六位置I，在所述第六位置I处，此时所述深度相机200的光轴A垂直于所述标定面α。其中，所述第二补偿角度λ的大小依据以下公式确定：
λ＝|δ-θ|
其中，若δ-θ＞0，则将所述立柱20绕所述第一方向O逆时针(或顺时针)转动所述第二补偿角度λ，使得所述深度相机200从所述第五位置H转动到所述第六位置I。
若δ-θ＜0，则将所述立柱20绕所述第一方向O顺时针(或逆时针)转动所述第二补偿角度λ，使得所述深度相机200从所述第五位置H转动到所述第六位置I。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种校准设备，其特征在于，包括一基座、一立柱以及一横杆，所述立柱连接于所述基座上并沿第一方向延伸，所述横杆连接于所述立柱上，
所述横杆包括一底座及一载具，所述底座固定于所述立柱，所述载具绕第二方向可转动地连接于所述底座，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述载具包括一测距件及一校准台，所述校准台用于固定一深度相机，定义第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向，所述载具用于绕所述第二方向转动以带动所述深度相机的出光轴在所述第一方向和所述第三方向所限定的第一校准面内转动；
所述立柱绕所述第一方向可转动地连接于所述基座，所述立柱用于绕所述第一方向转动以带动所述深度相机的出光主轴在所述第二方向和所述第三方向所限定的第二校准面内转动，
其中，当深度相机位于一第一位置时，所述测距件用于感测所述深度相机与一标定面之间的第一距离，当所述测距件与所述校准台绕所述第二方向转动一第一预定角度至所述深度相机位于第二位置时，所述测距件用于感测所述深度相机与所述标定面之间的第二距离，所述第一预定角度、所述第一距离及所述第二距离用于计算所述标定面与所述第一方向之间的第一偏角，所述第一偏角与所述第一预定角度用于计算一第一补偿角度，所述测距件与所述校准台用于绕所述第二方向转动所述第一补偿角度，使所述深度相机由所述第二位置转动至一第三位置，当所述深度相机于所述第三位置时，所述光轴垂直于所述第一校准面与所述标定面的相交线；
当所述测距件与所述校准台位于第四位置时，所述测距件用于感测所述深度相机与所述标定面之间的第三距离，所述立柱用于绕所述第一方向转动一第二预定角度，使所述深度相机由所述第四位置转动至一第五位置时，所述测距件用于感测所述深度相机与所述标定面之间的第四距离，所述第二预定角度、所述第三距离及所述第四距离用于计算所述标定面与所述第二方向之间的一第二偏角，所述第二偏角与所述第二预定角度用于计算一第二补偿角度，所述立柱用于绕所述第一方向转动所述第二补偿角度，使所述深度相机由所述第五位置转动至一第六位置，当所述深度相机位于所述第六位置处时，所述深度相机的出光轴垂直于所述标定面。
2.如权利要求1所述的校准设备，其特征在于，所述基座包括一基座主体及一第一驱动器，所述立柱连接于所述第一驱动器，所述第一驱动器用于驱动所述立柱绕所述第一方向转动。
3.如权利要求1所述的校准设备，其特征在于，所述横杆还包括一第二驱动器，所述第二驱动器用于驱动所述测距件和/或所述校准台绕所述第二方向转动。
4.如权利要求3所述的校准设备，其特征在于，所述底座包括一第一底板及设置于所述底板一侧的两个第一侧板，所述底板及两个所述第一侧板共同围设形成一容置空间，所述载具可转动地收容于所述容置空间内，所述第二驱动器固定于所述第一侧板远离所述容置空间的一侧。
5.如权利要求4所述的校准设备，其特征在于，所述载具还包括一旋转座，所述测距件及所述校准台固定在所述旋转座上，所述旋转座绕所述第二方向可转动地收容于所述容置空间内；
所述旋转座包括一第二底板及设置于所述第二底板的一第二侧板及一第三侧板，所述测距件及所述校准台连接于所述第三侧板上且所述测距件位于所述校准台及所述第二侧板之间，所述第二侧板朝向所述第二驱动器凸出形成一第一转轴，所述第一转轴与所述第二驱动器传动相连，所述校准台背离所述测距件的一侧凸出形成一第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴沿所述第二方向延伸。
6.如权利要求5所述的校准设备，其特征在于，所述校准台可拆卸地连接于所述第三侧板。
7.如权利要求2所述的校准设备，其特征在于，所述基座主体的材质包括橡胶。
8.一种深度相机的校准方法，其特征在于，包括步骤：
提供一如权利要求1至7中任意一项所述的校准设备；
将一深度相机固定在所述校准设备的所述校准台上，使所述深度相机的出光轴朝向一标定面；
当深度相机位于一第一位置时，所述测距件感测所述深度相机与所述标定面之间的第一距离；
当所述测距件与所述校准台绕所述第二方向转动一第一预定角度至所述深度相机位于第二位置时，所述测距件感测所述深度相机与所述标定面之间的第二距离；
根据所述第一预定角度、所述第一距离及所述第二距离计算所述标定面与所述第一方向之间的第一偏角；
根据所述第一偏角与所述第一预定角度计算一第一补偿角度，以及
将所述测距件与所述校准台绕所述第二方向转动所述第一补偿角度，使所述深度相机由所述第二位置转动至一第三位置，当所述深度相机于所述第三位置时，所述光轴垂直于所述第一校准面与所述标定面的相交线；
当所述测距件与所述校准台位于第四位置时，所述测距件感测所述深度相机与所述标定面之间的第三距离；
所述立柱绕所述第一方向转动一第二预定角度，使所述深度相机由所述第四位置转动至一第五位置时，所述测距件感测所述深度相机与所述标定面之间的第四距离；
根据所述第二预定角度、所述第三距离及所述第四距离计算所述标定面与所述第二方向之间的一第二偏角；
根据所述第二偏角与所述第二预定角度计算一第二补偿角度；以及
将所述立柱绕所述第一方向转动所述第二补偿角度，使所述深度相机由所述第五位置转动至一第六位置，当所述深度相机位于所述第六位置处时，所述深度相机的出光轴垂直于所述标定面。
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