ToF设备的安装参数获取方法、系统和ToF设备与流程

tof设备的安装参数获取方法、系统和tof设备
技术领域
1.本技术涉及智能控制技术领域，具体涉及一种tof设备的安装参数获取方法、系统、tof设备和智能产品。


背景技术：

2.包括tof(飞行时间法)传感模块的设备可以称为tof设备，上述tof传感模块可以拍摄探测区域的深度图数据，以供tof设备使用。上述tof设备通常可以设置在一些智能产品(如空调、电视机、电冰箱等智能家居产品)中，使这些智能产品的功能更为完善。
3.在安装tof设备的时候，需要将其安装高度与角度等安装参数作为tof设备输入，使该tof设备响应用户各项需求。如果缺乏安装参数，或者安装参数不正确，可能影响其中运行算法的准确度。因此，有些tof设备需要根据每一个终端客户的安装位置，输入相应的安装参数，这个方式操作繁琐，且输入的安装参数还可能存在准确性低的问题。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术提供一种tof设备的安装参数获取方法、系统、tof设备和智能产品，以解决现有的安装参数获取过程繁琐，且准确性低的问题。
5.本技术第一方面提供一种tof设备的安装参数获取方法，包括：
6.s100，获取tof设备探测的点云数据；
7.s200，根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述第一参考面为限定所述tof设备安装高度的平面；
8.s300，根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数。
9.可选地，所述获取tof设备拍摄的点云数据包括：
10.获取所述tof设备拍摄的深度图；
11.对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。
12.可选地，所述深度图对应的坐标系为tof坐标系，所述点云数据对应的坐标系为直角坐标系；
13.所述对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据包括：将所述深度图进从所述tof坐标系转换至所述直角坐标系，得到所述点云数据。
14.可选地，所述tof坐标系与所述直角坐标系之间的转换公式包括：
[0015][0016]
其中，(u，u，z)表示tof坐标系的坐标，(x，y，z)表示(u，u，z)在直角坐标系对应的坐标，f
x
表示tof设备的第一内部参数，f
y
表示tof设备的第二内部参数，c
x
表示tof设备的第三内部参数，c
y
表示tof设备的第四内部参数。
[0017]
可选地，所述根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处
坐标系的映射面包括：
[0018]
s210，从所述点云数据中提取k个表征所述第一参考面的目标点；
[0019]
s220，对k个目标点进行平面拟合，得到所述映射面。
[0020]
可选地，所述点云数据包括n个原始点；所述从所述点云数据中提取k个表征所述第一参考面的目标点包括：
[0021]
s211，从所述n个原始点随机抽取m个代表点，对所述m个代表点进行平面拟合，得到第二参考面；
[0022]
s212，在所述m个代表点中获取属于所述第二参考面的k个选定点；
[0023]
s213，若k大于点数阈值，则将所述k个选定点确定为所述k个目标点。
[0024]
可选地，上述tof设备的安装参数获取方法，还包括：
[0025]
s214，若k小于或者等于点数阈值，且抽取m个代表点的次数小于或者等于次数阈值，则返回执行步骤s211。
[0026]
可选地，所述根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数包括：
[0027]
获取所述映射面的第一法向量和所述点云数据投影至所述第一法向量的投影距离；
[0028]
根据所述第一法向量和所述投影距离确定所述安装参数。
[0029]
可选地，所述安装参数包括安装高度和安装角度；所述安装高度为：h
i
＝d；所述安装角度为：其中，h
i
表示安装高度，d表示投影距离，α表示安装角度，n
y
表示第一法向量的第二维直角坐标，n
z
表示第一法向量的第三维直角坐标。
[0030]
本技术第二方面提供一种tof设备的安装参数获取系统，包括：
[0031]
第一获取模块，用于获取tof设备探测的点云数据；
[0032]
确定模块，用于根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述第一参考面为限定所述tof设备安装高度的平面；
[0033]
第二获取模块，用于根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数。
[0034]
本技术第三方面提供一种tof设备，包括处理器和存储介质；所述存储介质上存储有程序代码；所述处理器用于调用所述存储介质存储的程序代码，以执行上述任一种tof设备的安装参数获取方法。
[0035]
本技术第四方面提供一种智能产品，其特征在于，包括上述任一种tof设备。
[0036]
可选地，所述tof设备获取当前安装参数，在所述当前安装参数与预存安装参数之间的差值超过差值阈值时，将所述预存安装参数更新为所述当前安装参数。
[0037]
本技术提供的tof设备的安装参数获取方法、系统、tof设备和智能产品，通过获取tof设备探测的点云数据，根据点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面，使点云数据与映射面位于相同的直角坐标系，再依据该映射面、相应点云数据以及两者之间的相对关系获取tof设备的安装参数，可以提高所获取的安装参数的准确性，还可以简化安装参数的获取过程，将更为准确的安装参数直接写入tof设备的相应存储位置，以供其运行的相关算法调用，能够保证相应算法的性能，提高tof设备的工作效果，从而提高上述tof设备所处智能产品的性能。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1a和图1b是tof设备的安装位置示意图；
[0040]
图2是本技术一实施例的tof设备的安装参数获取方法流程示意图；
[0041]
图3a和图3b是本技术一实施例的点云数据示意图；
[0042]
图4是本技术一实施例的坐标关系示意图；
[0043]
图5是本技术一实施例中k个目标点确定过程示意图；
[0044]
图6a和图6b是本技术一实施例的法向量示意图；
[0045]
图7是本技术一实施例的tof设备的安装参数获取系统结构示意图；
[0046]
图8是本技术一实施例的tof设备结构示意图。
具体实施方式
[0047]
tof设备或其所在智能产品安装后的示意图可以参考图1a和图1b所示，图1a为俯视图，图1b侧视图，根据这两个图可知，tof设备所在的世界坐标系为直角坐标系，包括x、y和z三个方向，x方向的视场角为fov
x
，y方向的视场角为fov
y
，l为tof设备的最远探测距离，w为tof设备的探测宽度。h
i
为tof设备的安装高度，α为tof设备的参考线(如摄像头光轴等)与z方向之间的夹角，也可以称为安装角度，其大小取决于应用场景，取值范围通常为0≤α≤90
°
。其中安装高度h
i
与安装角度α等安装参数为tof设备输入，以用于其中运行的相关算法。现有方案往往需要依据安装特征测量或估算这些安装参数，手动输入至对应的tof设备，这个方式操作繁琐，且输入的安装参数准确性低。
[0048]
针对上述问题，本技术通过获取tof设备探测的点云数据，根据点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面，使点云数据与映射面位于相同的直角坐标系，再依据该映射面、相应点云数据以及两者之间的相对关系获取tof设备的安装参数，可以提高所获取的安装参数的准确性，还可以简化安装参数的获取过程。
[0049]
下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
[0050]
本技术第一方面提供一种tof设备的安装参数获取方法，参考图2所示，上述tof设备的安装参数获取方法包括：
[0051]
s100，获取tof设备探测的点云数据。
[0052]
上述tof设备包括tof传感模块，tof传感模块可以拍摄探测区域的深度图数据，对该深度图数据进行相应转换，可以得到所需点云数据。在一个示例中，若以底面作为探测区域的参考面，对该探测区域进行拍摄，在底面无障碍物时，所得点云数据可以参考图3a所示，在地面存在箱子等其它物体时，所得点云数据可以参考图3b所示，图3a和图3b示出的坐标系为直角坐标系，其具体示出了x轴、y轴和z轴。
[0053]
在一个实施例中，所述获取tof设备拍摄的点云数据包括：获取所述tof设备拍摄的深度图；对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据。本实施例中，tof设备拍摄的深度图通常以矩阵形式表征，其所处的坐标系为tof坐标系，该tof坐标系可以限定像素位置(u,v)和深度信息z。点云数据对应的坐标系为能够检测第一参考面对应的映射面的坐标系(如直角坐标系等等)，其中第一参考面为限定tof设备安装高度的平面，在很多情况下，tof设备的安装高度为相对于地面计算的高度，此时该第一参考面为地面。
[0054]
具体地，所述深度图对应的坐标系为tof坐标系，所述点云数据对应的坐标系为直角坐标系；所述对所述深度图进行坐标转换得到所述点云数据包括：将所述深度图进从所述tof坐标系转换至所述直角坐标系，得到所述点云数据。其中直角坐标系包括第一维坐标轴x轴，第二维坐标轴y轴和第三维坐标轴z轴，各个坐标轴两两垂直，点云数据在第三维坐标轴上的坐标参数z与深度图中对应点的深度信息z相同，因而采用相同的符号表征，以简化坐标转换时的计算过程。
[0055]
在一个示例中，tof坐标系的像素位置与对应直角坐标系中空间点直角的坐标关系可以参考图4所示，图4以一个(x,y,z)位置的物体示例，tof设备是采集fov内(探测区域)的可视数据，包括可视的地面，一个平面的物体；其采用tof设备的各个内部参数：第一内部参数f
x
，第二内部参数f
y
，第三内部参数c
x
和第四内部参数c
y
表征找出像素位置(u,v)和空间点(x,y,z)之间的坐标关系。其中第一内部参数f
x
，第二内部参数f
y
为tof设备两个轴方向焦距，第三内部参数c
x
和第四内部参数c
y
为tof设备两个轴方向的中心位置，四者分别可以通过标定等方式确定。表征上述坐标关系的公式包括：通过标定等方式确定。表征上述坐标关系的公式包括：
[0056]
若以矩阵形式表征上述坐标关系，此时tof坐标系与直角坐标系之间的转换公式包括：
[0057][0058]
其中，(u，u，z)表示tof坐标系的坐标，(x，y，z)表示(u，u，z)在直角坐标系对应的坐标，f
x
表示tof设备的第一内部参数，f
y
表示tof设备的第二内部参数，c
x
表示tof设备的第三内部参数，c
y
表示tof设备的第四内部参数。
[0059]
s200，根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述第一参考面为限定所述tof设备安装高度的平面。
[0060]
上述第一参考面为限定tof设备安装高度的平面，在很多情况下，tof设备的安装高度为相对于地面计算的高度，此时该第一参考面为地面。上述步骤获取第一参考面在点云数据所处坐标系的映射面，便能够在点云数据所处坐标系进行安装参数的获取，以简化安装参数的获取过程。该步骤可以采用随机抽样一致算法(random sample consensus，ransac)等平面拟合算法获取映射面，在拟合得到上述映射面的同时，还能够获得该映射面的第一法向量等相关平面参数；比如可以在点云数据中提取表征第一参考面的多个点，对这些提取的点进行平面拟合，以得到所需映射面。
[0061]
在一个实施例中，所述根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面包括：
[0062]
s210，从所述点云数据中提取k个表征所述第一参考面的目标点；
[0063]
s220，对k个目标点进行平面拟合，得到所述映射面。
[0064]
本实施例从点云数据中提取k个表征第一参考面的目标点，对k个目标点进行平面拟合，得到映射面，在保证所得映射面准确性的基础上，可以简化映射面的获取过程，进而简化安装参数的获取过程。
[0065]
具体地，所述点云数据包括n个原始点；参考图5所示，所述从所述点云数据中提取k个表征所述第一参考面的目标点包括：
[0066]
s211，从所述n个原始点随机抽取m个代表点，对所述m个代表点进行平面拟合，得到第二参考面；
[0067]
s212，在所述m个代表点中获取属于所述第二参考面的k个选定点；
[0068]
s213，若k大于点数阈值，则将所述k个选定点确定为所述k个目标点。
[0069]
其中m可以依据n的大小设置，比如m为n的20％等值。点数阈值可以设有m的一定比例，比如设为m的40％等值。若k大于点数阈值，表明k个选定点能够表征相应映射表，此时可以将其确定为目标点进行平面拟合得到映射面。
[0070]
进一步地，参考图5所示，上述从点云数据中提取k个表征所述第一参考面的目标点还包括：s214，若k小于或者等于点数阈值，且抽取m个代表点的次数小于或者等于次数阈值，则返回执行步骤s211。其中点数阈值可以依据计算精度等因素设置，比如设为100等值。若k小于或者等于点数阈值，且抽取m个代表点的次数大于次数阈值，则可以输出fail等目标点获取失败的提示信息，以退出当前循环。
[0071]
s300，根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数。
[0072]
上述映射面能够表征地面等第一参考面，点云数据为tof获取的数据点，两者位于相同的直角坐标系。依据该映射面、相应点云数据以及两者之间的相对关系能够准确获取tof设备的安装参数，还能够简化安装参数的获取过程，将更为准确的安装参数直接写入tof设备的相应位置，以供其运行的相关算法调用，能够保证相应算法的性能，提高tof设备的工作效果。
[0073]
在一个实施例中，所述根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数包括：
[0074]
获取所述映射面的第一法向量和所述点云数据投影至所述第一法向量的投影距离；
[0075]
根据所述第一法向量和所述投影距离确定所述安装参数。
[0076]
上述映射面的第一法向量和点云数据投影至第一法向量的投影距离通常可以在拟合得到映射面的过程中获取。第一法向量n、点云数据p以及云数据投影至第一法向量的投影距离d之间的关系为p
t
n＝d。具体地，所述安装参数包括安装高度和安装角度；所述安装高度为：h
i
＝d；所述安装角度为：其中，h
i
表示安装高度，d表示投影距离，α表示安装角度，n
y
表示第一法向量的第二维直角坐标，n
z
表示第一法向量的第三维直角坐标。
[0077]
在一个示例中，以图1所安装的tof设备为例对其安装参数的获取过程进一步说明，这里第一参考面为地面，如图6a所示在世界坐标系中，地面对应的第二法向量(地面法向量)为n
′
＝(0,0,1)，第一法向量为n＝(n
x
,n
y
,n
z
)，从点云数据所在直角坐标系观察(因为tof设备是安装在h
i
高度，带有α倾角)，地面所在世界坐标系与点云数据所在直角坐标系各自的第三维坐标参数(距离等z坐标值)是不一样的。如图6b所示，在点云数据所在直角坐标系，第一法向量n与相应z方向所呈现的角度是α。通过随机抽样一致算法平面拟合可以获取第一法向量n。由于安装后的tof设备是x方向对称的，所以n
x
约等于0，
[0078]
以上tof设备的安装参数获取方法，通过获取tof设备探测的点云数据，根据点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面，使点云数据与映射面位于相同的直角坐标系，再依据该映射面、相应点云数据以及两者之间的相对关系获取tof设备的安装参数，可以提高所获取的安装参数的准确性，还可以简化安装参数的获取过程，将更为准确的安装参数直接写入tof设备的相应存储位置，以供其运行的相关算法调用，能够保证相应算法的性能，提高tof设备的工作效果。
[0079]
本技术在第二方面提供一种tof设备的安装参数获取系统，参考图7所示，包括：
[0080]
第一获取模块100，用于获取tof设备探测的点云数据；
[0081]
确定模块200，用于根据所述点云数据确定探测区域的第一参考面在所述点云数据所处坐标系的映射面；所述第一参考面为限定所述tof设备安装高度的平面；
[0082]
第二获取模块300，用于根据所述映射面和所述点云数据获取所述tof设备的安装参数。
[0083]
关于tof设备的安装参数获取系统的具体限定可以参见上文中对于tof设备的安装参数获取方法的限定，在此不再赘述。上述tof设备的安装参数获取系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的运算模组中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于计算机设备的运算模组调用执行以上各个模块对应的操作。
[0084]
本技术在第三方面提供一种tof设备，参考图8所示，该tof设备包括处理器620和存储介质630；所述存储介质630上存储有程序代码；所述处理器620用于调用所述存储介质630存储的程序代码，以执行上述任一实施例提供的tof设备的安装参数获取方法。
[0085]
具体地，参考图8所示，上述tof设备还可以包括tof传感模块610，tof传感模块610可以拍摄探测区域的深度图，使tof设备对该深度图数据进行相应转换，得到点云数据，以用于所需安装参数的获取。
[0086]
上述tof设备采用上述任一实施例提供的tof设备的安装参数获取安装参数，可以提高所得安装参数的准确性，简化安装参数的获取过程，将安装参数自动写入相应存储位置，以供其运行的相关算法调用，能够保证所运行算法的性能，提高tof设备的工作效果。
[0087]
本技术在第四方面提供一种智能产品，包括上述任一实施例提供的tof设备。
[0088]
在一个实施例中，所述tof设备获取当前安装参数，在所述当前安装参数与预存安装参数之间的差值超过差值阈值时，将所述预存安装参数更新为所述当前安装参数。
[0089]
上述差值阈值可以依据安装参数的特征设置，通常可以设为相应安装参数的一定比例，比如为相应安装参数的3％等值。预存安装参数可以为tof设备获取并写入的安装参
数。
[0090]
具体地，对于一些位置可能发生移动的智能产品(如音响等)，其中tof设备可以定时获取当前安装参数，检测当前安装参数与预存安装参数之间的差值，若该差值超过差值阈值，表征预存安装参数不能准确表征当前的安装位置，将预存安装参数更新为当前安装参数，以使预存安装参数能够准确表征相应智能产品当前的安装状态，从而保证智能产品相应功能的效果。
[0091]
尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
[0092]
即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
[0093]
另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0094]
在本技术中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。