DE112019006405T5

DE112019006405T5 - Verfahren zur korrektur eines nichtlinearen abstandsfehlers einer dreidimensionalen abstandsmesskamera mittels pulsphasenverschiebung

Info

Publication number: DE112019006405T5
Application number: DE112019006405.3T
Authority: DE
Inventors: Hyun Sung Son
Original assignee: Meere Co Inc
Current assignee: Meere Co Inc
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-10-28
Also published as: US20220075039A1; CN113227828A; KR20200079743A; WO2020138754A1; CN113227828B; KR102196035B1; JP2022517737A; JP7109676B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung. Die Erfindung umfasst: einen Schritt, in welchem eine Steuereinheit eine Phase eines von einer Lichtemissionseinheit ausgegebenen Ausgangslichtpulses anpasst; einen Schritt, in welchem die Lichtemissionseinheit den Ausgangslichtpuls, dessen Phase angepasst ist, zu einem Objekt ausgibt; einen Schritt, in welchem eine Lichtempfangseinheit einen Puls eines von dem Objekt reflektieren Lichts empfängt; und einen Schritt, in welchem die Steuereinheit die angepasste Phase des Ausgangslichtpulses entsprechend dem geschätzten tatsächlichen Abstand zuordnet, den Messabstand mittels einem Zeitunterschied zwischen der Ausgangszeit des Ausgangslichtpulses und der Empfangszeit des Pulses des reflektierten Lichts berechnet und einen Abstandsfehlerkorrekturwert zum Korrigieren der Abweichung zwischen dem geschätzten tatsächlichen Abstand und dem gemessenen Abstand berechnet und speichert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die beim Korrigieren der nichtlinearen Abstandsfehler der dreidimensoinalen Abstandsmesskamera auftretenden Platzbeschränkung zu reduzieren, die zur Abstandsfehlerkorrektur erforderlichen Ausrüstungskosten zu verringern, und auch die Korrekturzeit des Abstandsfehlers zu verkürzen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technologie, bei der die Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera an einer festen Position mittels eines Pulsphasenverschiebungsverfahrens durchgeführt wird, wodurch die beim Korrigieren des nichtlinearen Abstandsfehlers auftretenden Platzbeschränkung reduziert werden kann, die zur Abstandsfehlerkorrektur erforderlichen Ausrüstungskosten verringert werden können, und auch die Korrekturzeit des Abstandsfehlers verkürzt werden kann.
Stand der Technik
Im Allgemeinen ist eine dreidimensionale Abstandsmesskamera, wie beispielsweise eine Time of Flight (TOF)-Kamera bekannt.
1 ist eine Ansicht, die ein Abstandsmessprinzip einer herkömmlichen TOF-Kamera veranschaulicht, und 2 ist eine Ansicht, die eine Phasenverzögerung gemäß einen Abstand bei der Abstandsmessung der herkömmlichen TOF-Kamera veranschaulicht.
Bezugnehmend auf 1 und 2, bestrahlt eine dreidimensionale Abstandsmesskamera, wie beispielsweise eine Time of Flight (TOF)-Kamera, ein Objekt mit Licht und berechnet das reflektierte und zurückgekehrte Licht durch eine Gleichung unter Verwendung einer sinusförmigen Phase, um es in eine Abstandsinformation umzuwandeln.
Bei diesem Berechnungsschritt besteht wegen der Verwendung einer unvollständigen Rechteckwelle aufgrund von Hardwareeigenschaften anstelle einer perfekten Sinuswelle eine kleine Abweichung zwischen der berechneten Abstand und der tatsächlichen Abstand, und da das Ausmaß dieser Abweichung unterschiedlich ist, besteht das Problem, dass ein je nach Abstand unterschiedlicher, nichtlinearer Fehler auftritt.
Nach dem Stand der Technik, um diesen nichtlinearen Fehler zu korrigieren, ist eine Methode verwendet, bei der ein Objekttisch aufgestellt ist, auf welchem die Kamera in einem dem Gesamtmessabstand der dreidimensionalen Abstandsmesskamera entsprechenden Raum vom Objekt hin und her bewegt werden kann, und ein Abstandsmessungsbetrieb durchgeführt ist, während die Kamera auf einer Vielzahl von Messpunkten, deren tatsächlichen Abstände bekannt sind, angeordnet ist, und, eine Nachschlagetabelle, wodurch die Fehler zwischen einer Vielzahl von tatsächlichen Abständen und den gemessenen Abständen basierend auf den Messergebnissen korrigiert werden kann, erstellt und in die Kamera eingebettet ist.
3 offenbart Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß dem Stand der Technik nicht korrigiert sind, und 4 offenbart Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß dem Stand der Technik korrigiert sind.
Gemäß dem Stand der Technik ist jedoch mit zunehmender Messabstand der dreidimensionalen Abstandsmesskamera ein größerer Raum für die Messung erforderlich, und so besteht es das Problem, dass hohe Kosten für die Installation eines Objekttisches verursacht werden. Außerdem besteht das Problem, dass es viel Zeit für die Korrektur des Fehlers einer Kamera benötigt ist, wegen der Zeit, die der Bediener beim Bewegen der Kamera zu mehreren Messpunkten auf dem Objekttisch zur Fehlermessung verbraucht.
[Literatur des Standes der Technik] [10] KR 10-2016-0054156 (Veröffentlichungsdatum: 16. Mai 2016, Bezeichnung: Abstandsmessgerät)
KR 10-2017-0051752 (Veröffentlichungsdatum: 12. Mai 2017, Bezeichnung: TOF-Kamerasteuerungsverfahren)
Beschreibung
Technisches Problem
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technologie, bei der die Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera an einer festen Position mittels eines Pulsphasenverschiebungsverfahrens durchgeführt wird, wodurch die beim Korrigieren des nichtlinearen Abstandsfehlers auftretenden Platzbeschränkung reduziert wird, die zur Abstandsfehlerkorrektur erforderlichen Ausrüstungskosten verringert wird, und auch die Korrekturzeit des Abstandsfehlers verkürzt wird.
Technische Lösung
Das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung, gemäß der vorliegenden Erfindung, umfasst: einen Phasenanpassungsschritt, in welchem eine Steuereinheit eine Phase eines Pulses eines von einer Lichtemissionseinheit ausgegebenen Ausgangslichts anpasst; einen Lichtemissionsschritt, in welchem die Lichtemissionseinheit den Ausgangslichtpuls, dessen Phase angepasst ist, zum Objekt ausgibt; einen Lichtempfangsschritt, in welchem eine Lichtempfangseinheit einen Puls eines von dem Objekt reflektierten Lichts empfängt; und einen Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, in welchem die Steuereinheit die angepasste Phase des Ausgangslichtpulses entsprechend dem geschätzten tatsächlichen Abstand zuordnet, den Messabstand mittels einem Zeitunterschied zwischen der Ausgangszeit des Ausgangslichtpulses und der Empfangszeit des reflektierten Lichtpulses berechnet, und einen Abstandsfehlerkorrekturwert zum Korrigieren der Abweichung zwischen dem geschätzten tatsächlichen Abstand und dem gemessenen Abstand berechnet and speichert.
Das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung, gemäß der vorliegenden Erfindung, ferner umfasst: nach dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, einen Messende-Bestimmungsschritt, in welchem die Steuereinheit bestimmt, ob die Messung zu beenden ist, basierend darauf, ob die Phase des Ausgangslichtpulses gleich wie die voreingestellte Endreferenzphase ist, wobei, wenn beispielsweise als Ergebnis der Bestimmung in dem Messende-Bestimmungsschritt S50 die Phase des Ausgangslichtpulses nicht gleich wie die Endreferenzphase ist, wird das Verfahren auf den Phasenanpassungsschritt umgeschaltet.
Bei dem Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung verzögert die Steuereinheit in dem Phasenanpassungsschritt die Phase des Ausgangslichtpulses um einen Wert, der durch Teilen der Periode des Ausgangslichtpulses durch äquidistante Intervalle erhalten ist.
Bei dem Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung speichert die Steuereinheit in dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt den Abstandsfehlerkorrekturwert in Form einer Nachschlagetabelle.
Bei dem Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung der Phasenanpassungsschritt, werdem der Lichtemissionsschritt, der Lichtempfangsschritt, der Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, und der Messende-Bestimmungsschritt durchgeführt, in dem die Position der dreidimensionalen Abstandsmesskamera fixiert ist.
Bei dem Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit als FPGA IP (Field Programmable Gate Array Intellectual Property) in die dreidimensionale Abstandsmesskamera eingebettet oder außerhalb der dreidimensionalen Abstandsmesskamera vorgesehen, und wird mit der dreidimensionalen Abstandsmesskamera verbunden.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Korrektur eines nichlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera an einer festen Position mittels eines Pulsphasenverschiebungsverfahrens durchgeführt, so dass die beim Korrigieren der nichtlinearen Abstandsfehlers auftretenden Platzbeschränkung reduziert werden kann, und die zur Abstandsfehlerkorrektur erforderlichen Ausrüstungskosten verringert werden können, und auch die Korrekturzeit des Abstandsfehlers verkürzt werden kann.
Außerdem hat das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers mittels Pulsphasenverschiebungsverfahrens der vorliegenden Erfindung keine Platzbeschränkung im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren, da die Kamera in einem Raum von etwa 1 bis 2 Meter fixiert verwendet ist, in welchem das vom Objekt reflektierten Licht an der Sensoroberfläche nicht gesättigt wird.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung kein Objekttisch, der die Kamera vom Objekt um den tatsächlichen Messabstand bewegt, verwendet, sondern eine Vorrichtung ist aufgestellt, die die Phase der das Objekt zu bestrahlenden Lichtquelle innerhalb oder außerhalb der Kamera verschieben kann, so dass die Ausrüstungskosten für die Herstellung kaum erzeugt werden.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung Messdaten derart gesammelt wird, dass nur die Phase des Pulses an einer festen Position geändert wird, ohne die tatsächliche Position zu bewegen, kann außerdem die Zeit für die Fehlerkorrektur gegenüber dem Stand der Technik stark verkürzt werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die das Abstandsmessprinzip einer herkömmlichen TOF-Kamera veranschaulicht.
2 ist eine Ansicht, die eine Phasenverzögerung gemäß einem Abstand zu einem Objekt bei der Abstandsmessung einer herkömmlichen TOF-Kamera veranschaulicht.
3 offenbart Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß dem Stand der Technik nicht korrigiert sind.
4 offenbart Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß dem Stand der Technik korrigiert sind.
5 ist ein beispielhaftes Funktionsblockdiagramm einer Vorrichtung, in welcher ein Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, und
6 ist eine Ansicht, die die tatsächliche Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, in welcher das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, und,
7 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, zeigt, und
8 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration, in welcher die Phase eines Ausgangslichtpulses verzögert wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
9 veranschaulicht Messdaten, von den die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht korrigiert sind.
10 veranschaulicht Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert sind.

Beschreibung der Ausführungsformen
Spezifische strukturelle oder funktionale Beschreibungen der Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung, die in dieser Beschreibung offenbart sind, werden nur beispielhaft zum Zweck der Erläuterung der Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung bereitgestellt und die Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung können in verschiedenen Formen ausgeführt werden, und sind nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Da die Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung verschiedene Änderungen und viele verschiedene Formen zulässt, werden bestimmte Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt und in der schriftlichen Beschreibung ausführlich beschrieben. Dies soll jedoch die Ausführungsformen gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränken, und es versteht sich, dass alle Änderungen, Äquivalente und Ersetzungen, die nicht vom Geist und technischen Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, in der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Begriffe wie „erste“ oder „zweite“ können verwendet werden, um verschiedene Komponenten zu beschreiben, aber die Komponenten sollten nicht durch die Begriffe beschränkt werden. Die obigen Begriffe werden nur zum Zweck der Unterscheidung einer Komponente von einer anderen verwendet, und zum Beispiel, ohne den Schutzumfang des erfinderischen Konzepts zu verlassen, kann eine erste Komponente als eine zweite Komponente bezeichnet werden und in ähnlicher Weise kann eine zweite Komponente auch als eine erste Komponente bezeichnet werden.
Wenn eine Komponente als mit einer anderen Komponente „verbunden“ bezeichnet wird, kann sie direkt mit der anderen Komponente verbunden sein, aber es versteht sich, dass andere Komponenten dazwischen vorhanden sein können. Wenn andererseits erwähnt wird, dass eine bestimmte Komponente mit einer anderen Komponente „direkt verbunden“ oder „direkt verkoppelt“ ist, versteht es sich, dass keine andere Komponent dazwischen vorhanden ist. Andere Ausdrücke, die die Beziehung zwischen Komponenten beschreiben, wie „zwischen“ und „unmittelbar zwischen“; oder „benachbart zu“; und „direkt benachbart“ sollten auch ähnlich interpretiert werden.
Die hier verwendeten Begriffe werden nur verwendet, um gewisse Ausführungsformen zu beschreiben, und sollen die vorliegende Erfindung nicht beschränken. In den folgenden Ausführungsformen umfasst ein Ausdruck von Singular einen Ausdruck von Plural, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes anzeigt. In der vorliegenden Beschreibung sollen Begriffe wie „umfassen“ oder „haben“ bezeichnen, dass ein Merkmal, eine Anzahl, ein Schritt, eine Operation, eine Komponente, ein Teil, die hierin beschrieben sind, oder eine Kombination davon existiert, und es versteht sich, dass dies die Möglichkeit des Vorhandenseins oder Hinzufügens von einem oder mehrere andere Merkmale, Zahlen, Schritten, Betriebe, Komponenten, Teilen oder Kombinationen davon nicht ausschließt.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe, einschließlich technischer oder wissenschaftlicher Begriffe, dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Begriffe, wie sie in einem allgemein verwendeten Wörterbuch definiert sind, sollten so ausgelegt werden, dass sie dieselbe Bedeutung wie in einem zugehörigen technischen Kontext haben, und wenn sie nicht offensichtlich in der Beschreibung definiert sind, sind die Begriffe nicht idealistich oder zu formal auszulegen.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
5 ist ein beispielhaftes Funktionsblockdiagramm einer Vorrichtung, in welcher ein Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 6 ist eine Ansicht, die die tatsächliche Konfiguration einer Vorrichtung zeigt, in welcher das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. 7 ist eine Ansicht, die das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, zeigt.
Bezugnehmend auf 5 bis 7 umfasst das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 mittels Pulsphasenverschiebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Phasenanpassungsschritt S10, einen Lichtemissionsschritt S20, einen Lichtempfangsschritt S30, einen Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt S40, und einen Messende-Bestimmungsschritt S50.
In dem Phasenanpassungsschritt S10 passt eine Steuereinheit 150 die Phase des Pulses des von einer Lichtemissionseinheit 200 ausgegebenen Ausgangslichts an.
Zum Beispiel, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 zur Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration zum Verzögern der Phase eines Pulses des Ausgangslichts, kann die Steuereinheit 150 derart ausgebildet sein, um in dem Phaseneinstellschritt S10 die Phase des Pulses des Ausgangslichts um einen Wert zu verzögern, der durch Teilen der Periode des Ausgangslichtpulses durch äquidistante Intervalle erhalten ist. 8 zeigt ein Beispiel, in welchem die Modulationsfrequenz (f) des Ausgangslichtpulses 50 MHz beträgt, und dementsprechend ist die Periode (T) des Ausgangslichtpulses 20 ns, und die Verzögerungsphase, d.h., der Wert, der durch Teilen der Periode des Ausgangslichtpulses durch äquidistante Intervalle erhalten ist, ist 5 ns. Dies ist natürlich nur ein Beispiel zur Erläuterung.
Der Grund für eine solche Konfiguration und ihre Wirkung werden wie folgt beschrieben.
Wie auch oben bei der Erläuterung des Standes der Technik unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde, während der Messung eines Abstands zu einem Objekt zur Erzeugung einer Tiefenkarte mittels einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 einschließlich einer Time of Flight (TOF)-Kamera wird der von der Lichtemissionsseinheit 200 zum Objekt ausgegebenen Ausgangslichtpuls vom Objekt reflektiert, und die Lichtempfangseinheit 300 empfängt den Puls des von dem Objekt reflektierten Lichts, und die Phase des Pulses des reflektierten Lichts, das von der Lichtempfangseinheit 300 empfangen wird, ist proportional zum Abstand zum Objekt verzögert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der nichtlineare Abstandsfehler der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 durch einer Konfiguration korrigiert, in welcher, mittels dieser Beziehung zwischen dem Abstand zum Objekt und der Pulsphasenverzögerung, das Objekt mit dem Ausgangslichtpuls, dessen Phase so eingestellt ist, dass sie dem tatsächlichen Abstand zwischen dem Objekt und der Kamera entspricht, bestrahlt wird, in dem die Position der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 an einem bestimmten Punkt fixiert ist.
Diese Konfigurationen werden im Folgenden noch ausführlicher beschrieben.
In dem Pulsphasenverschiebungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Phase des das Objekt bestrahlten Pulses, ohne den Abstand zwischen der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 und dem Objekt physisch zu ändern, um die Zeit zu ändern, die benötigt ist, um nach der Reflexion auf das eigentliche Objekt zurückzukehren. Nach diesem Prinzip kann der Effekt der Änderung Messuing eines Abstands zwischen der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 und dem Objekt ohne physische Bewegung der Position erhalten werden.
Der maximale Messabstand (Messbereich) der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 einschließlich der TOF-Kamera wird gemäß der für die optische Ausgabe verwendeten Modulationsfrequenz bestimmt, und die Zeit einer Periode der Modulationsfrequenz kann mit dem tatsächlichen Abstand abgeglichen werden, und der maximale Messabstand (Messbereich) kann durch die nachstehende Gleichung 1 ermittelt werden. $\begin{array}{l} Maximaler Messabstand (Messbereich) =C/ (2f), C \\ (Lichstrom) {=3*10}^{11} mm, wobei f ist die Modulationsfrequenz . \end{array}$
Eine Periodezeit der Modulationsfrequenz (f) wird mit dem tatsächlichen Abstand abgeglichen, und wie in 8 dargestellt, wird die Pulsphase um T/4 verschoben, wird sie um 1/4 des Messbereichs verschoben.
Wenn die Modulationsfrequenz beispielsweise 50 MHz beträgt, ist der Messbereich 3000 mm, und wenn die Pulsphase um T/4 verschoben wird, wird sie um 750 mm verschoben, was 1/4 des Messbereichs entspricht.
Wenn eine Periode (T) nach diesem Prinzip in äquidistanten Intervallen bewegt wird und den dann gemessenen Phasenwert gemessen wird, kann ein ähnlicher Effekt wie bei der Verwendung eines Objekttisches nach dem Stand der Technik erhalten werden.
Gemäß dieser Konfiguration der vorliegenden Erfindung wird die Kamera an einer bestimmten Punkt von ungefähr 1 bis 2 Meter, wo das von dem Objekt reflektierte Licht, d. h. der Puls des reflektierten Lichts, in einem die Lichtempfangseinheit 300 bildenden Bildsensor nicht gesättigt wird, fixiert verwendet, so dass es gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem die Position der Kamera unter Verwendung eines Objekttisches physisch zu bewegen ist, keine Platzbeschränkung gibt.
Darüber hinaus gibt es gemäß der vorliegenden Erfindung der Vorteil, dass, da kein Objekttisch, der die Kamera vom Objekt um den tatsächlichen Messabstand bewegt, verwendet wird, und sondern eine Vorrichtung aufgestellt ist, die die Phase der das Objekt zu bestrahlenden Lichtquelle innerhalb oder außerhalb der Kamera verschieben kann, werden die Ausrüstungskosten für die Herstellung kaum erzeugt.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 150 als FPGA IP (Field Programmable Gate Array Intellectual Property) in die dreidimensionale Abstandsmesskamera 10 eingebettet werden oder außerhalb der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 vorgesehen sein, und mit der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 verbunden werden, wenn der Abstandsfehlerkorrekturbetrieb durchgeführt wird.
In dem Lichtemissionsschritt S20 gibt die Lichtemissionseinheit 200 den Ausgangslichtpuls, dessen Phase angepasst ist, zum Objekt aus.
In dem Lichtempfangsschritt S30 empfängt die Lichtempfangseinheit 300 den reflektierten Lichtpuls, der von dem Objekt reflektiert wird.
In dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt S40 ordnet die Steuereinheit 150 die angepasste Phase des Ausgangslichtpulses entsprechend dem geschätzten tatsächlichen Abstand zu, berechnet den Messabstand mittels einem Zeitunterschied zwischen der Ausgangszeit des Ausgangslichtpulses und der Empfangszeit des Pulses des reflektierten Lichts, und berechnet and speichert einen Abstandsfehlerkorrekturwert zum Korrigieren der Abweichung zwischen dem geschätzten tatsächlichen Abstand und dem gemessenen Abstand.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 150 in dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt S40 den Abstandsfehlerkorrekturwert in Form einer Nachschlagetabelle speichern.
In dem Messende-Bestimmungsschritt S50 bestimmt die Steuereinheit 150, ob die Messung zu beenden ist, basierend darauf, ob die Phase des Ausgangslichtpulses gleich wie die voreingestellte Endreferenzphase ist.
Wenn beispielsweise als Ergebnis der Bestimmung in dem Messende-Bestimmungsschritt S50 die Phase des Ausgangslichtpulses nicht gleich wie die Endreferenzphase ist, kann das Verfahren auf den Phasenanpassungsschritt S10 umgeschaltet werden.
Zum Beispiel können der Phasenanpassungsschritt (S10), der Lichtemissionsschritt (S20), der Lichtempfangsschritt (S30), der Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt (S40) und der Messende-Bestimmungsschritt (S50) durchgeführt werden, in dem die dreidimensionale Abstandsmesskamera (10) physisch fixiert ist.
9 veranschaulicht Messdaten, von den die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht korrigiert sind. 10 veranschaulicht Messdaten, von denen die nichtlinearen Abstandsfehler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert sind.
Unter weiterer Bezugnahme auf 9 and 10 ist es ersichtlich, dass, auch wenn die Phase dem tatsächlichen Abstand entsprechend verschoben wird, ohne die Position der dreidimensionalen Abstandsmesskamera zu bewegeb, gemäß einer Ausfürhungsform der vorliegenden Erfindung, ein änlicher oder gleichen Ausmaß der Korrektur des Abstandsfehlers möglich ist wie die Methode gemäß dem in 3 and 4 offenbarten Stand der Technik, bei welchem der Objekttisch verwendet ist, um den Abstand zwischen der Kamera und dem Objekt zu ändern.
Wie oben ausführlich beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehler der dreidimensionalen Abstandsmesskamera 10 an einer festen Position durch ein Pulsphasenverschiebungsverfahren durchgeführt, so dass die beim Korrigieren der nichtlinearen Abstand auftretenden Platzbeschränkung reduziert werden kann, und die zur Abstandsfehlerkorrektur erforderlichen Ausrüstungskosten verringert werden können, und auch die Fehlerkorrekturzeit verkürzt werden kann.
Außerdem hat das Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers mittels Pulsphasenverschiebungsverfahrens der vorliegenden Erfindung keine Platzbeschränkung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren, da die Kamera in einem Raum von etwa 1 bis 2 Meter fixiert verwendet ist, in welchem das vom Objekt reflektierten Licht an der Sensoroberfläche nicht gesättigt wird.
Darüber hinaus ist gemäß der vorliegenden Erfindung kein Objekttisch, der die Kamera vom Objekt um den tatsächlichen Messabstand bewegt, verwendet, sondern eine Vorrichtung ist aufgestellt, die die Phase der das Objekt zu bestrahlenden Lichtquelle innerhalb oder außerhalb der Kamera verschieben kann, so dass die Ausrüstungskosten für die Herstellung kaum erzeugt werden.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung Messdaten derart gesammelt wird, dass nur die Phase des Pulses an einer festen Position geändert wird, ohne die tatsächliche Position zu bewegen, kann außerdem die Zeit für die Fehlerkorrektur gegenüber dem Stand der Technik stark verkürzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020160054156 [0009]
KR 1020170051752 [0010]

Claims

Verfahren zur Korrektur eines nichtlinearen Abstandsfehlers einer dreidimensionalen Abstandsmesskamera mittels Pulsphasenverschiebung, umfassend: einen Phasenanpassungsschritt, in welchem eine Steuereinheit eine Phase eines Pulses eines von einer Lichtemissionseinheit ausgegebenen Ausgangslichts anpasst; einen Lichtemissionsschritt, in welchem die Lichtemissionseinheit den Ausgangslichtpulses, dessen Phase angepasst ist, zum Objekt ausgibt; einen Lichtempfangsschritt, in welchem eine Lichtempfangseinheit einen Puls eines von dem Objekt reflektierten Lichts empfängt; und einen Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, in welchem die Steuereinheit die angepasste Phase des Ausgangslichtpulses entsprechend dem geschätzten tatsächlichen Abstand zuordnet, den Messabstand mittels einem Zeitunterschied zwischen der Ausgangszeit des Ausgangslichtpulses und der Empfangszeit des Pulses des reflektierten Lichts berechnet, und einen Abstandsfehlerkorrekturwert zum Korrigieren der Abweichung zwischen dem geschätzten tatsächlichen Abstand und dem gemessenen Abstand berechnet and speichert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, nach dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, einen Messende-Bestimmungsschritt, in welchem die Steuereinheit bestimmt, ob die Messung zu beenden ist, basierend darauf, ob die Phase des Ausgangslichtpulses gleich wie die voreingestellte Endreferenzphase ist, wobei, wenn beispielsweise als Ergebnis der Bestimmung in dem Messende-Bestimmungsschritt S50 die Phase des Ausgangslichtpulses nicht gleich wie die Endreferenzphase ist, wird das Verfahren auf den Phasenanpassungsschritt umgeschaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Phasenanpassungsschritt die Steuereinheit die Phase des Ausgangslichtpulses um einen Wert verzögert, der durch Teilen der Periode des Ausgangslichtpulses durch äquidistante Intervalle erhalten ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt die Steuereinheit den Abstandsfehlerkorrekturwert in Form einer Nachschlagetabelle speichert.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenanpassungsschritt, der Lichtemissionsschritt, der Lichtempfangsschritt, der Abstandsfehlerkorrekturwert-Berechnungs-/Speicherschritt, und der Messende-Bestimmungsschritt durchgeführt werden, in dem die Position der dreidimensionalen Abstandsmesskamera fixiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit als FPGA IP (Field Programmable Gate Array Intellectual Property) in die dreidimensionale Abstandsmesskamera eingebettet oder außerhalb der dreidimensionalen Abstandsmesskamera vorgesehen ist, und mit der dreidimensionalen Abstandsmesskamera verbunden wird.