5、飞行时间（ToF）测距成像系统的测量误差与降噪技术

飞行时间（ToF）测距成像系统的测量误差与降噪技术

1. 引言

飞行时间（ToF）测距成像相机在众多应用中，其测量的准确性和精确性至关重要。然而，这类相机存在多种噪声源，会降低测量的准确性和精确性。了解这些误差来源并采取相应的降噪技术，对于提高ToF相机的性能至关重要。

2. 测量误差的基本概念

2.1 准确性和精确性

准确性指的是一组测量值与实际值的接近程度，而精确性则是指这些测量值彼此之间的接近程度。这两个概念相互独立，一组测量值可能准确、精确、两者兼具或两者皆无。例如，在对Microsoft Kinect v1和v2的深度图像进行比较时发现，Kinect v2的准确性更高，而Kinect v1更适合快速原型制作。

2.2 噪声和抖动

用于计算调制幅度、背景偏移和距离信息的原始强度值容易受到噪声影响。信号可能在幅度和时间上偏离其理想状态，幅度上的偏差称为噪声（或幅度噪声ΔA），时间上的偏差称为抖动（或时间抖动Δt）。噪声和抖动通常同时出现，抖动表现为相位、宽度、占空比或周期的变化。

3. 测距成像相机中的噪声源

ToF相机中的噪声可分为系统性和非系统性（随机）误差。系统性误差可根据其在测距过程中的来源进一步分类，主要包括以下几种：

3.1 积分时间相关噪声

积分时间与同一场景的深度测量之间存在关系。过长的积分时间会导致饱和，而过短的积分时间会增加噪声水平。许多测距相机使用四相移算法，需要四个样本进行相位测量，这需要四个单独的积分周期。总捕获时间与积分时间和读出时间有关，会影响可实现的帧率。用户通常可以设置积分时间以适应