飛行時間測距成像相機

《飛行時間測距成像相機》是2016年國防工業出版社出版的圖書，作者是（意）法比奧.雷蒙蒂諾，（意）大衛。斯托帕。

基本介紹

• 書名：飛行時間測距成像相機
• 作者：（意）法比奧.雷蒙蒂諾，（意）大衛。斯托帕
• 譯者：孫志斌等
• 出版社：國防工業出版社
• 出版時間：2016年8月
• 頁數：213 頁
• 定價：89 元
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• ISBN：9787118109658
• 外文名：TOF Range Imaging Cameras

內容簡介

隨著三維成像信息技術的迅速發展，特別是建築測量、室內定位和導航、立體影像和輔助生活環境套用對飛行時間成像提出了迫切需求。TOF Range Imaging Cameras一書是由義大利布魯諾凱斯勒研究中心的三維光學測量研究領域的Fabio Remondino教授、David Stoppa教授等著。本書總結了飛行時間測距成像理論、技術和套用領域的最新研究成果。本書探討了飛行時間測距成像探測器件、結構、性能、技術等問題，而且還探討了飛行時間測距成像在建築測量分析、室內定位導航、立體測距成像、輔助生活環境等方面的套用技術和方法。是一本不可多得的實用教材，對於提高我國單光子三維成像的技術水平具有重要的借鑑意義。本書在翻譯和校對過程中，得到了中國科學院國家空間科學中心和中國科學院大學材料與光電學院的領導和許多同志的幫助，在此表示誠摯地感謝。其中，在翻譯過程中，邵秋峰、王波、曹松、楊皓、高上起、葉蔚然翻譯了第1章~到第5章，魏同波、胡愛穩、雷鳴、楊策、黃振翻譯了第6章~到第10章；藍鼎、李培剛、牛立斌、王迪、李楠、張壽山、陳明君、白雲翔對全書進行了校對。本書內容充實，層次分明，特色鮮明，書中飛行時間測距成像技術涉及量子光學、半導體物理、微電子學、電子學等方面知識，且書中內容主要針對在天文學、高能物理學、空間科學、生命科學、雷射雷達、保密通信、對地遙感成像等領域進行研究的研究人員和研究生。因此，本書適用於具有一定機率論基礎、電子信息、微電子等方面知識的研究生和相關領域的科研技術人員。由於譯者水平有限，書中難免出現紕漏和不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

目錄

第1 章　飛行時間（TOF） 測距成像感測器的技術發展水平

1引言 1

2TOF 相機的工作原理 3

2.1TOF探測系統 3

2.2TOF測量技術 3

3時間分辨成像感測技術 4

4結論 5

參考文獻 6

第2 章　基於SPAD 的感測器

1引言 9

2SPAD 的物理機制 10

3CMOS SPAD 設計 12

4基於 TCSPC 的 TOF 相機系統 14

5單光子同步探測 23

6相位域 ΔΣTOF 成像 28

7前景與展望 31

參考文獻 32

第3 章　基於電子學的3D 感測器

1脈衝 I － TOF 3D 成像方法 35

1.1工作原理 36

1.2信號和噪聲分析 37

2案例研究1: 採用完全差分3D 像素的50 30 像素陣列 38

2.1感測器設計 38

2.2電路分析 40

2.3測量和未來展望 41

3案例研究2: 160 ×120 雙級像素陣列 43

3.1感測器設計 43

3.2電路分析 44

3.3測試方案和測量結果 46

4相關 I － TOF 的3D 成像方法 49

4.1感測器結構 50

4.2信號和噪聲分析 51

5案例分析3: 2 32 雙線 TOF 感測器 52

5.1感測器電路 52

5.2測試方案和測量結果 54

6案例分析4: 16 ×16 像素陣列 TOF 感測器設計 56

6.1感測器電路 56

6.2測試設定和測量結果 58

7討論和比較 59

參考文獻 60

第4 章　基於像素光電混合器件的感測器

1引言 61

2基本工作原理 62

3電荷域電光解調器 65

3.1基於柵極結構的基本解調器 65

3.2電流輔助解調器件 69

3.3釘扎光電二極體解調器件 70

3.4靜態漂移電場解調器件 71

3.5其他概念 73

4像素結構 74

5結論 76

參考文獻 76

第5 章　幅值調製連續波雷射雷達中的混合像素和

多路徑干擾的認識和改進

1引言 80

1.1飛行時間測量技術 81

1.2混合像素和多路徑干擾的形成 84

2混合像素和多路徑干擾的模型 86

2.1距離測量理論 86

2.2混合像素建模 87

2.3由於多個回波信號所產生的擾動 88

3點掃描系統和探測方法 90

3.1法線角和邊緣長度探測 91

3.2Adam 的探測算法 91

3.3基於分類的檢測方法 92

3.4空間非連續性誤差的測量 92

4全視場系統和恢復 93

4.1使用場景紋理、 結構光或正方形校準方法的散射恢復 94

4.2採用空間域卷積方式的恢複方法 95

4.3使用場景內部散射模型的恢複方法 97

4.4通過表面參數模型的混合像素恢複方法 97

4.5相關波形的反卷積/波形形狀擬合方法 97

4.6多頻測量方法 99

5結論 99

6混合像素和多路徑干擾的認識和理解 100

6.1雷射雷達調製技術 100

參考文獻 100

第6 章　3D 相機： 誤差、校準和定位

1引言 103

2幾何模型 104

3定位 106

3.1基於標記物的定位 106

3.2基於感測器的定位 107

3.3數據驅動定位 107

4誤差來源 108

4.1鏡頭畸變 109

4.2與場景無關的距離測量誤差物理模型 110

4.3　與焦平面位置相關的距離誤差以及與振幅測量值相關的

距離誤差… 111

4.4內部散射 … 111

4.5固定模式噪聲… 113

4.6與積分時間相關的測量誤差… 113

4.7相機預熱誤差… 114

4.8模糊間隔 … 115

4.9目標空間中的多路徑效應… 116

5系統校準 … 116

5.1校準的目的 … 116

5.2校準方法… 117

5.3自校準方法… 117

5.4模型理論和解決方案…… 119

6總結 … 119

參考文獻… 120

第7 章　用於建築測繪的飛行時間測距相機

1引言 … 123

2TOF 相機在建築測繪中的分析套用 … 124

2.1預校準和數據採集方法 … 126

2.2入射角對距離測量的影響… 126

2.3目標物體反射率對距離測量的影響…… 128

2.4文化遺產建築測繪中的測試、 數據處理、 比較和結果…… 130

2.5飛行時間測距相機在建築裝飾雕塑中的測繪和精度性能評估… 131

2.6兩個窗戶的數據採集和處理 … 133

2.7用於斷裂線提取的數字攝影測量多幀圖像匹配方法… 136

2.8結果和討論… 139

3結論 … 142

參考文獻… 143

第8 章　飛行時間相機在環境輔助生活中的套用

1引言 … 146

2主動視覺在環境輔助生活情境中的優勢 … 147

3基於飛行時間相機的跌倒檢測框架 … 150

3.1硬體平台 … 150

3.2相機安裝設定… 150

3.3外部參數的自校準… 152

3.4背景建模ꎬ 人體圖像分割及跟蹤… 158

3.5跌倒檢測策略… 159

3.6模擬設定… 160

3.7實驗結果… 160

4基於飛行時間相機的姿勢識別框架 … 165

4.1實驗設定 … 167

4.2拓撲方法… 168

4.3體積測量法… 171

4.4實驗結果 … 172

5討論和結論 …… 174

參考文獻… 177

第9 章　飛行時間相機在室內定位與導航中的套用

1引言 … 179

2基於 CityGML 模型的室內定位… 181

2.1通過對象探測的房間識別 … 183

2.2採用距離測量的精確定位… 183

3地圖測繪和自身運動估計 … 183

3.1感測器數據處理 … 183

3.2地圖測繪和自身運動估計… 185

43D 防撞 … 186

5結論與展望 …… 187

參考文獻… 188

第10 章　飛行時間測距相機與立體視覺系統： 比較與數據融合

1立體視覺系統 … 191

1.1立體視覺系統的基本幾何原理 … 191

1.2立體視覺算法 … 193

1.3局部立體算法 … 194

1.4全局立體視覺算法 …… 195

1.5半全局立體視覺算法 … 196

2飛行時間相機與立體視覺系統的比較 … 197

2.1基本測量參數 … 197

2.2飛行時間相機和立體視覺系統的準確性、 精確性和解析度… 198

2.3實驗比較… 202

3飛行時間相機和立體視覺系統的數據融合 …… 204

3.1採集系統的特性 … 205

3.2局部融合算法… 207

3.3全局融合算法… 209

3.4半全局融合算法… 209

4結論 … 210

參考文獻… 211