[发明专利]phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法

权利要求书

1.一种phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法，其特征是，步骤如下：

(1)第一部分为光源模型，模拟了光线从光源发出打到物体的实际效果，采用如下公式：

I_b＝I₀·f_D·cosα

其中I₀为光源峰值发光强度，I_b为光源发射出的总光强，f_D为自定义的距离衰减因数，α为出射光线与法线的夹角，并将得到的光信号传递至下一级光照模型中；

(2)第二部分是基于phong式的光照模型，其主要由三部分组成，一部分是环境光I_e，第二部分是漫反射光强I_d，第三部分是镜面反射光强I_s，其中

I_e＝I_a·K_a

I_d＝I_p·K_d·(L·N)

I_s＝I_p·K_s·(V·R)ⁿ

其中I_a为环境光强度，K_a为环境光散射强度，I_p为点光源光强，K_d为漫反射强度，L为点光源光线入射矢量，N为法线矢量，K_s为镜面反射强度，V为观察者角度矢量，R为镜面反射矢量，n为镜面反射系数，与表面粗糙度有关，n越大则表面越光滑，镜面反射强度随反射角的增大衰减也越快，另外总的光强公式里在漫反射和镜面反射强度前还有个系数f_D为光线随距离衰减系数，公式为

其中D为距离，a₀,a₁,a₂分别为常数项，一次项，二次项的加权系数，总光强I表达式为

其中I_i为多个光源情况下，第i个光源的发光强度，在phong模型的基础上加入时间参数t，从而得到光线随时间变化的衰减程度；并且去掉了phong模型中的环境光成分I_e；

并且加入了加和使得可以模拟出多个点光源情况下，距离因素对传感器成像的影响；

(3)第三部分是传感器模型，基于正弦调制的TOF主要是通过检测发射的信号和反射回来的信号之间的相位差φ来计算距离，如下式所示，其中f为调制频率；

为了获得接收光与发射光的相位差，或者说是获得接收光的相位信息，需要对接收光进行采样四个点，设发射的正弦波为：

S(t)＝Asin(wt)

其中A是振幅，w是角频率，接收光为

其中A_r是经过反射之后衰减的振幅，φ是相位差，B是背景光的信号，通过采样计算出相位差从而获得距离信息；

分别采样0°，90°，180°，270的四个点，得到四相采样的结果：

其中A₁,A₂,A₃,A₄分别为四个相位收集到的电子数，所以得到相位差φ为：

据上式通过计算出的相位得出距离信息。

2.如权利要求1所述的phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法，其特征是，在实际中，以0°，90°，180°，270°四个点为起点开始积分，积分的时间为正弦信号的半个周期，接着，在传感器模型中加入噪声：散粒噪声是具有泊松分布规律的量子涨落噪声，针对散粒噪声而言，设一个像素在光照之后产生N个电子，然后输出一个信号，那么该信号中包含的随机噪声会服从泊松分布～(0，N)，信号的值越大，信号的信噪比越高，反之越低，以这样的规律在模型中加入以积分得到的电子数N为均值的泊松分布随机数作为散粒噪声以及以10个电子为方差的标准正态分布的随机数作为读出电路噪声，这样来模拟光源等因素对散粒噪声以及成像的影响。