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A T o F . c a m e r a o p e r a t e s w i t h m o d u l a t e d v i s i b l e a n d n e a r . i n f r a r e d r a d i a t i o n , w h i c h i s d e t e c t e d a n d d e m o d u l a t e d s i m u l t a n e o u s l y b y a 2 . D a r r a y o f p i x e l s . T h e p h a s e s h i f t b e t w e e n t h e s e n t s i g n a l a n d t h e r e c e i v e d s i g n a l i s a n i n d i c a t o r f o r t h e o b j e c t ' s d i s t a n c e . T h e a m p l i t u d e o f t h e r a d i a t i o n g i v e s a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n f o r i t s r e f l e c t a n c e . U n f o r t u n a t e l y , m e a s u r e m e n t s o f d i s t a n c e s p e r f o r m e d w i t h a l m o s t a l l c a m e r a s a v a i l a b l e o n t h e m a r k e t s h o w v e r y h i g h d e v i a t i o n s . T h e m a i n r e a s o n f o r t h e m s e e m s t o b e t h e i n f l u e n c e o f s t r a y l i g h t , w h i c h i s d e t e c t e d b y t h e c a m e r a w i t h t h e m o d u l a t e d r a d i a t i o n . A n o t h e r s o u r c e o f u n c e r t a i n t i e s i s t h e l o w s a m p l i n g r a t e a l o n g t h e r e c e i v e d s i g n a l . I n t h e f i r s t p a r t o f t h i s p a p e r , e x p e r i m e n t s u s i n g d i f f e r e n t c a m e r a s a n d a l t e r n a t i n g e n v i r o n m e n t s h a v e b e e n p e r f o r m e d i n o r d e r t o d e t e r m i n e t h e d e v i a t i o n s , w h i c h a r e u p t o 2 0 c m o v e r a d i s t a n c e o f 1 5 0 c m . A s u r v e y o f e x i s t i n g c a m e r a s a s w e l l a s t h e i r p e r f o r m a n c e h a s t a k e n p l a c e . I n t h e s e c o n d p a r t o f t h e p r e s e n t w o r k t w o a p p r o a c h e s f o r t h e e l i m i n a t i o n s o f t h e d e v i a t i o n s h a v e b e e n i n t r o d u c e d . I n t h e f i r s t a p p r o a c h s p l i n e f u n c t i o n s h a v e b e e n c a l c u l a t e d u s i n g r e f e r e n c e m e a s u r e m e n t s f o r d i s t a n c e s b e t w e e n 5 c m a n d 2 0 0 c m . T h o s e f u n c t i o n s a r e u s e d f o r t h e c a l c u l a t i o n o f t h e u n c e r t a i n t i e s o f e a c h p i x e l . A l t e r n a t i v e l y t h e s p l i n e s c a n b e r e p l a c e d b y a g a i n m a t r i x w h i c h i s m u l t i p l i e d w i t h t h e i m a g e m a t r i x i n o r d e r t o e q u a l i z e t h e e r r o r o f t h e d i s t a n c e m e a s u r e m e n t o f t h e p i x e l . S u b s e q u e n t l y o n l y o n e s p l i n e i s n e e d e d i n o r d e r t o a d j u s t t h e d i s t a n c e s . I n t h i s c a s e t h e c a l c u l a t i o n i s f a s t e r b u t i t c a n n o t b e a p p l i e d i n e v e r y c a s e . T h e r e f l e c t a n c e o f t h e o b j e c t s i n t h e s c e n e h a s n o t b e e n t a k e n i n t o a c c o u n t y e t . T h e o p p o s i t e h a p p e n s i n t h e s e c o n d a p p r o a c h i n o r d e r t o e n h a n c e t h e a c c u r a c y o f t h e m e a s u r e m e n t . T h i s i s d o n e b y e s t i m a t i n g t h e r e f l e c t a n c e o f t h e n e a r e s t o b j e c t i n d e p e n d e n c y o f t h e m e a s u r e d a m p l i t u d e a n d d i s t a n c e . T h e r e f l e c t a n c e o f t h e b a c k g r o u n d , r e s p e c t i v e l y e v e r y t h i n g b e h i n d t h e n e a r e s t o b j e c t , i s e s t i m a t e d b y u s i n g t h e m e a s u r e d a m p l i t u d e o f t h e b a c k g r o u n d a n d t h e d i s t a n c e o f t h e n e a r e s t o b j e c t a n d t h e b a c k g r o u n d . B y u s i n g b o t h r e f l e c t a n c e f a c t o r s a n d t h e d i s t a n c e s a s i n d i c a t o r s f o r f u r t h e r s m o o t h i n g f u n c t i o n s t h e e r r o r o f m e a s u r e m e n t d u e t o t h e r e f l e c t a n c e c a n b e d e t e r m i n e d . A f t e r a p p l y i n g b o t h m e t h o d s t h e e r r o r o f m e a s u r e m e n t d e c r e a s e d i n o u r t e s t s f r o m a b o u t 2 0 c m t o 3 c m . 1 Measuring principle A T i m e . o f . F l i g h t ( T o F ) c a m e r a c o n s i s t s o f a C C D / C M O S . C h i p a n d a n a r r a y o f L E D s t r a n s m i t t i n g v i s i b l e o r n e a r . i n f r a r e d r a d i a t i o n . T h e t r a n s m i t t e d s i g n a l i l l u m i n a t e s t h e s c e n e a n d t h e r e f l e c t e d s i g n a l i s r e c e i v e d b y t h e C C D / C M O S . C h i p . D u e t o t h e c o v e r e d d i s t a n c e d o f t h e r e c e i v e d s i g n a l t h e r e i s a p h a s e s h i f t b e t w e e n t h e t r a n s m i t t e d s i g n a l , w i t h t h e f r e q u e n c y f , a n d t h e r e c e i v e d s i g n a l . T h e p h a s e s h i f t , d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e d i s t a n c e , c a n b e c o n v e r t e d i n t o a d i s t a n c e . 1 . 1 T h e a m p l i t u d e o f t h e r e c e i v e d s i g n a l d i v e r s i f i e s b a s e d o n t h e s u r f a c e o f t h e o b j e c t s i n t h e s c e n e . H e n c e t h e a m p l i t u d e i m a g e e q u a l s t h e i n t e n s i t y i m a g e . T h e p h a s e a n d a m p l i t u d e c a n n o t b e m e a s u r e d d i r e c t l y f r o m t h e r e c e i v e d s i g n a l t h e r e f o r i t i s n e c e s s a r y t o c o r r e l a t e t h e s i g n a l w i t h a n e l e c t r i c a l r e f e r e n c e s i g n a l . T h e r e c e i v e d s i g n a l s ( t ) a n d t h e r e f e r e n c e s i g n a l g ( t ) a r e s a m p l e d a t 4 d i f f e r e n t p h a s e p o s i t i o n s , e . g . T h e s i g n a l s a r e m u l t i p l i e d a n d t h e i n t e g r a t i o n o f t h e p r o d u c t e q u a l s t h e v a l u e o f t h e c o r r e l a t i o n . f u n c t i o n ( C F ) a t t h e s p e c i f i c p h a s e p o s i t i o n . 1 . 2 T h e v a l u e s o f t h e c o r r e l a t i o n f u n c t i o n c a n b e u s e d t o d e t e r m i n e t h e p h a s e s h i f t t h r o u g h : 3.2 S E N S O R + T E S T C o n f e r e n c e s 2 0 1 1 P O P T O P r o c e e d i n g s 7 2 1 . 3 O r r e s p e c t i v e l y t h e a m p l i t u d e t h r o u g h : 1 . 4 T h e f o l l o w i n g p i c t u r e i l l u s t r a t e s t h e e q u a t i o n s a b o v e . T h e r e c e i v e d s i g n a l i s g r e e n a n d t h e r e f e r e n c e s i g n a l b l u e . T h e g r a y a r e a r e p r e s e n t s t h e i n t e g r a l . F i g u r e 1 . 1 : T h e i n t e g r a l o f t h e r e c e i v e d s i g n a l ( g r e e n ) m u l t i p l i e d w i t h t h e r e f e r e n c e s i g n a l ( b l u e ) r e p r e s e n t s t h e v a l u e o f t h e c o r r e l a t i o n f u n c t i o n a t a g i v e n p h a s e s h i f t . F i g u r e 1 . 2 s h o w s t h e p o i n t s o f t h e c o r r e l a t i o n f u n c t i o n a s w e l l a s t h e f u n c t i o n i t s e l f . F i g u r e 1 . 2 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e p o i n t s o f t h e c o r r e l a t i o n f u n c t i o n o b t a i n e d t h r o u g h e q u a t i o n s 1 . 2 f f S E N S O R + T E S T C o n f e r e n c e s 2 0 1 1 P O P T O P r o c e e d i n g s 7 3 2 Benchmarking I n t h e c o u r s e o f d e t e r m i n i n g t h e e r r o r s o f m e a s u r e m e n t s i x d i f f e r e n t 3 D S e n s o r s h a v e n b e e n e v a l u a t e d . T h e s e n s o r s w e r e c o m p a r e d i n r e s p e c t t o : . T e m p e r a t u r e d r i f t . M o v i n g o b j e c t s . S t r a y l i g h t . C o m p l e x s c e n e s T h i s p a p e r f o c u s o n t h e r e s u l t s o f t h e m e a s u r i n g i n a c c u r a c i e s d u e t o c o m p l e x s c e n e s a n d s t r a y l i g h t s i n c e t h e i n t r o d u c e d m e t h o d s i n o r d e r t o e n h a n c e t h e a c c u r a c y a d r e s s e t h e s e e r r o r s . I n t h e f o l l o w i n g t h e d e t a i l e d r e s u l t s o f t h e “ P M D [ v i s i o n ] O 3 ” w i l l b e s h o w n e x e m p l a r i l i y . T o v e r i f y t h e p r e c i s e n e s s o f t h e m e a s u r e d d i s t a n c e s e v e r a l p i c t u r e s w e r e m a d e o f a p l a n e a r e a a t a d e t e r m i n e d d i s t a n c e . I n a d d i t i o n t w o d i f f e r e n t c o m p l e x s c e n e s , s h o w n i n F i g u r e 2 . 1 , w e r e i n v e s t i g a t e d . T h e e x p e r i m e n t s s h o w a l o w d i s t a n c e m e a s u r e m e n t p r e c i s i o n d u e t o i t s l o w o p t i c a l p o w e r a m o n g o t h e r t h i n g s . F i g u r e 2 . 2 i l l u s t r a t e t h e m e a s u r e m e n t o f a p l a n e a r e a a t t h e d i s t a n c e o f 7 0 0 m m . T h e c a m e r a s p e c i f i e s t h e d i s t a n c e a b o u t 9 5 0 m m – 1 0 0 0 m m . I n a d d i t i o n t h e a r e a s e e m s c u r v e d . T h e i m p a c t o f s t r a y l i g h t w a s m e a s u r e d b y a d d i n g a n o b j e c t ( T a r g e t ) i n t o t h e s c e n e . T h e b a c k g r o u n d w a s a w a l l . O n t h e r i g h t s i d e o f F i g u r e 2 . 2 t h e m e a s u r e d d i s t a n c e a n d t h e r e a l d i s t a n c e i s s h o w n . I t i s q u i t e o b v i o u s t h a t t h e s t r a y l i g h t r e s u l t s i n a n e r r o r o f m e a s u r e m e n t e s p e c i a l l y f o r t h e b a c k g r o u n d ( w a l l ) . F i g u r e 2 . 2 : T h i s f i g u r e s h o w s t h e e r r o r s o f m e a s u r e m e n t o f a p l a n e a r e ( l e f t ) a n d t h e i m p a c t o f s t r a y l i g h t ( r i g h t ) . 3 Errors of measurement T h e e r r o r s o f m e a s u r e m e n t d u e t o t h e c u r v a t u r e a n d t h e i m p a c t o f t h e s t r a y l i g h t s h o w n i n c h a p t e r 2 , w i l l b e e x p l a i n e d i n t h e f o l l o w i n g . F i g u r e 2 . 1 : T h e l e f t p i c t u r e s h o w s t h e c l o s e d s c e n e a n d t h e r i g h t t h e o p e n s c e n e . S E N S O R + T E S T C o n f e r e n c e s 2 0 1 1 P O P T O P r o c e e d i n g s 7 4 3.1 General offset A s d e s c r i b e d , t h e d i s t a n c e i s m e a s u r e d w i t h t h e a i d o f a c o r r e l a t i o n f u n c t i o

3.2 - A Method to Enhance the Accuracy of Time of Flight Measurement Systems