[发明专利]phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法

摘要

本发明涉及光学以及TOF成像领域，为可以精确的预测在不同光照强度，距离等因素下，噪声对图像传感器的影响，从而调整以便减小噪声得到最优的效果，希望利用该模型可以模拟TOF图像传感器工作机理以及外部因素对其成像影响，以便分析噪声并进行改善。为此，本发明，基于phong式光照模型的TOF传感器模型的测距方法，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；(2)第二部分是基于phong式的光照模型；(3)第三部分是传感器模型，通过计算出的相位得出距离信息。本发明主要应用于TOF成像测距场合。

主权项

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：Ib＝I0·fD·cosα其中I0为光源峰值发光强度，Ib为光源发射出的总光强，fD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Ie，第二部分是漫反射光强Id，第三部分是镜面反射光强Is，其中Ie＝Ia·KaId＝Ip·Kd·(L·N)Is＝Ip·Ks·(V·R)n其中Ia为环境光强度，Ka为环境光散射强度，Ip为点光源光强，Kd为漫反射强度，L为点光源光线入射矢量，N为法线矢量，Ks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fD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Ii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Ie；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Ar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φ为：据上式通过计算出的相位得出距离信息。