用于驱动飞行时间系统的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于驱动飞行时间系统以与适配成用经调制信号照亮场景的照明系统一起使用的方法，该ToF系统具有包括至少一个像素的成像传感器，所述像素包括由驱动信号驱动以检测从场景反射的经调制信号的抽头，对于每一像素，该方法包括以下步骤：确定至少第一和第二对抽头以及在经调制信号的预定数量N个周期期间驱动每一对抽头来检测反射的经调制信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及飞行时间系统且更具体地涉及用于驱动飞行时间系统的方法。
技术介绍
计算机视觉是包括用于获取、处理、分析以及理解各图像的方法的正在增长的研究领域。该领域中主要的起推动作用的观点是通过电感知和理解场景的各图像来复制人类视觉的能力。值得注意的是，计算机视觉中的一个研究主题是深度感知或换言之三维(3-D)视觉。飞行时间(ToF)系统(包括相机和数据处理装置)最近出现且能够通过分析光从光源到物体的飞行时间来捕捉场景的3-D图像。这样的相机系统被用在许多应用中，其中需要距固定点的深度或距离信息。如图1所示的ToF系统3的基本操作原理是用经调制的光16(如脉冲)照亮场景15。经调制的光16从场景15内的对象反射回来并且透镜收集反射光17并在成像传感器35上且具体地在传感器的传感器平面上形成场景中物体的图像。取决于物体距相机的距离，在经调制的光(例如，脉冲)的发射和它们在相机处的反射的接收之间体验到延迟。例如，距相机2.5米远的物体造成1.66纳秒的时延。通过分析这一延迟，且具体地通过实现相关计算，所述物体距相机的距离可被取回。物体距相机的距离可如下计算。为清楚起见，各信号的示例在图2中给出。调制信号16(S)被朝物体发送。在物体上反射之后，信号17(Sφ)被光电检测器检测。与原始信号S相比，这一信号由于行进时间而相移了相位φ是用于测量物体距相机的距离的关键参数。为测量这一参数，光电检测的信号Sφ通常与电参考信号(即，SI、SQ、以及)相关，SI、SQ、以及是与原始光信号S相比分别相移0°、180°、90°以及270°的电参考信号，如图2所示。获得的相关信号如下定义：(式1-4)随后，两个参数I和Q被计算，使得：以及(式5-6)AS和α分别是光电检测的信号的振幅变化和相关的效率。的提取依赖于调制信号S的形状。例如，如果S是正弦波，则(式7-9)一旦知晓了相位物体距相机的距离就可由于以下公式而被取回：(式10)其中fmod是调制频率且n是整数从式1-4可以注意到，理论上，应当是同一信号与参考信号SI、SQ、以及分别进行相关以获得以及在实践中，ToF测量一般由包括ToF像素阵列的ToF传感器来执行。在现有技术中，这些像素中的每一者一般包括一个或两个“抽头(tap)”。“抽头”是包括控制节点和检测区的组件，用于在暴露到光信号(如)时光生电荷。每像素只具有一个或两个抽头的事实涉及实际上的测量是按时间顺序的。例如，只包括一个抽头的像素必须连续测量4个不同信号以计算I，Q并随后计算在这些配置中，若干曝光发生且如果在每一曝光之间物体已移动，则深度数据被破坏。每像素只使用一个或两个抽头的事实对于深度计算的一致性而言是有问题的，但不仅如此。它对于设计原因而言也是有问题的。确实，如果测量到若干不同信号则必须在像素中、传感器上或系统级添加存储器，以在计算步骤之前存储信号ToF系统的大小随后极大地增加。最后，在若干抽头被包括在单个像素中时，用来驱动它们的驱动信号通常不是最优的，因为所需带宽过高。在正电势被施加到一抽头(相对于其他抽头)上时，该抽头被激活且检测性很高，从而意味着激活的抽头的检测区将接收像素中的大多数光生少数载流子。对于4-抽头像素体系结构，一种直接方法是启用四个抽头中的每一个达25％的调制周期，如图3所示。对于所发送的具有频率50MHz的经调制信号，由于每一抽头25％的占空比，4-抽头设备抽头将需要等于100MHz的响应时间。不管现有技术中呈现了什么，仍提出了一种方法和系统，以测量物体距ToF系统的非偏置距离，同时降低ToF系统的大小以及抽头所需的带宽两者。专利技术概述本专利技术首先涉及一种用于驱动飞行时间系统以与适配成用经调制信号照亮场景的照明系统一起使用的方法，该ToF系统具有包括至少一个像素的成像传感器，所述像素包括由驱动信号驱动以检测从场景反射的经调制信号的抽头，对于每一像素，该方法包括以下步骤：确定至少第一和第二对抽头以及在经调制信号的预定数量N个周期期间驱动每一对抽头来检测反射的经调制信号。本专利技术的一优点是每一对抽头在经调制信号的N个周期的时间期间以50％占空比来操作，这使得能够降低抽头所需的带宽。本专利技术的另一优点是在确定相关测量时，运动稳健性被改进，因为信号是几乎同时被测量到的。又一优点是不需要更多存储器来首先存储单独的数据，这使得能够降低ToF系统的大小。本专利技术还涉及一种用于与适配成用经调制信号照亮场景的照明系统一起使用的飞行时间系统，该飞行时间系统包括包含至少两个像素的成像传感器，每一像素包括抽头，用于生成驱动信号以驱动所述抽头的信号生成器，适配成接收来自信号生成器的驱动信号以及将它们传送给抽头的抽头驱动器，所述飞行时间系统的特征在于，每一像素包括至少两对抽头，每一像素的两对抽头分别连接到不同驱动器，以及每一驱动器连接到每一像素的抽头，成像传感器的像素的连接到所述每一驱动器的抽头形成一组抽头。本专利技术实例的方法和系统明显由驱动各对抽头的同一专利技术概念联系，优选地在经调制信号的预定数量N个周期期间。本专利技术的系统的一优点是每一像素包括4个抽头，这使得能够几乎同时确定4个相关测量，即以及本专利技术的另一优点是每一像素在空间上组织成定义多个对称轴，这使得能够获得更准确的测量。又一优点是每一像素是八边形形状，这使得能够在多个像素之间共享电路系统，同时获得甚至更准确的测量。附图说明根据以下描述和附图应更好地理解本专利技术。图1示出ToF系统的基本操作原理；图2示出用来确定ToF系统中的相关测量的信号的示例；图3示出普遍使用的4抽头驱动模式，其中每一抽头被启用达调制时段的25％；图4示出根据本专利技术的一实施例的ToF系统。图5示出包括多个抽头驱动器、多个复用器以及信号生成器的驱动单元；图6示出根据本专利技术的一实施例的像素的4抽头拓扑结构；图7示出沿图6中所示的4抽头像素的虚线的截面图；图8示出根据本专利技术的另一实施例的像素的4抽头拓扑结构；图9示出根据本专利技术的又一实施例的像素的4抽头拓扑结构；以及图10示出根据本专利技术的一实施例的驱动信号的示例。结合附图，本专利技术的优点和新颖特征将从以下详细描述中变得更明显。专利技术描述现在将参考4抽头像素来描述本专利技术，但不限于此。本专利技术可用包括多个抽头的像素来实现，优选地至少三个抽头，且甚至更优选地是四个抽头。图4示出了根据本专利技术的第一实施例的飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动飞行时间系统(3)以与被适配成用经调制信号(16)照亮场景(15)的照明系统(18)一起使用的方法，所述ToF系统具有包括至少一个像素(35a)的成像传感器(35)，所述像素包括由驱动信号驱动以检测从所述场景反射(17)的经调制信号的抽头，对于每一像素，所述方法包括以下步骤：‑确定至少第一和第二对抽头；以及‑在经调制信号(16)的预定数量N个周期期间驱动每一对抽头以检测反射的经调制信号(17)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.13 EP 14150922.41.一种用于驱动飞行时间系统(3)以与被适配成用经调制信号(16)照
亮场景(15)的照明系统(18)一起使用的方法，所述ToF系统具有包括至少
一个像素(35a)的成像传感器(35)，所述像素包括由驱动信号驱动以检测从
所述场景反射(17)的经调制信号的抽头，
对于每一像素，所述方法包括以下步骤：
-确定至少第一和第二对抽头；以及
-在经调制信号(16)的预定数量N个周期期间驱动每一对抽头以检测反
射的经调制信号(17)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，各对抽头是顺序地驱动的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一对抽头中的第一抽头由
第一驱动信号驱动且该对抽头中的第二抽头由作为所述第一驱动信号的反相
信号的第二驱动信号驱动。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一对抽头的第一驱动信
号与所述照明单元发送的经调制信号(16)的N个周期相对应。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述第二对抽头的第一驱
动信号与相比所述照明单元发送的经调制信号(16)相移了90°的信号的N个
周期相对应。
6.如权利要求1到5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述飞行时间
系统还被适配成确定参考信号与从所述场景反射(17)的经调制信号之间的相
关测量，所述方法还包括以下步骤：
-对于每一确定的抽头对，分别确定从所述场景反射(17)的经调制信号与
第一和第二参考信号之间的第一和第二相关测量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
-对于所述第一对抽头，所述第一参考信号与由所述照明单元发送的经调制
信号(16)相对应，并且其中所述第二参考信号是所述第一参考信号的反相信
号；以及
-对于所述第二对抽头，所述第一参考信号与相比由所述照明单元发送的经

\t调制信号(16)相移了90°的信号相对应，并且其中所述第二参考信号是所述
第一参考信号的反相信号。...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·范德腾佩尔，T·菲纳特，K·K·福托保罗，
申请(专利权)人：软动力学传感器公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE