6、基于PMD的飞行时间成像系统的当前限制

基于PMD的飞行时间成像系统的当前限制

1. 深度精度

基于PMD的飞行时间（ToF）成像系统的深度精度并非直接由特定公式给出。其不确定性源于将原始测量中的噪声传播到深度测量中。深度测量精度主要取决于调制频率、调制信号幅度和直流偏移。实验表明，对于基于LED的照明，最佳调制频率为45 MHz。

深度精度涉及偶然误差和系统误差。若实际信号或系统不符合相应模型，就会出现系统误差，这种误差并非随机的，而是与系统和信号相关。在实际的PMD ToF相机中，即使在良好照明、低背景光和数十兆赫兹调制频率的条件下，也常出现厘米级的深度误差，且主要为系统误差，无法通过特定公式预测或通过时间平均消除。不过，在有利情况下，测量的标准偏差很低，可达毫米级，接近理论预测的不确定性，即PMD相机精度较好但准确度常较差。

为提高深度精度，可对系统进行校准：
- 查找表（LUT）校准 ：通过大量实验获取已知距离参考物体的深度，生成测量距离与实际距离的对应查找表，再通过插值计算真实深度。但该方法所需内存随校准质量要求增加，属于暴力求解。
- 立方B样条拟合 ：利用深度误差曲线的振荡形状，拟合立方B样条曲线，只需计算立方多项式即可获取真实深度。

若系统误差源于调制/解调过程的不规则性，如非正弦调制和非正弦解调，深度测量中会出现“摆动效应”。该效应由光信号谐波成分对测量的非零贡献导致，表现为真实深度与测量深度之间的非线性振荡关系。此深度误差可通过校准消除，但校准只能缓解其对深度估计的影响，不能消除问题根源。若照明和参考信号非正弦，需调整相位估计方法，否则会浪费部分信号功率，产生大的系统误差，还会浪费PM