获取图像数据的方法和装置制造方法及图纸

一种获取图像数据的方法和装置，其中在该装置中提供了包括多个发射元件的发射单元和包括多于一个的接收像素的接收单元，其中发射单元和接收单元之间设置有接收光学器件，用于将视场的全部局部场景的图像叠加到一成像区域上。域上。域上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】获取图像数据的方法和装置


[0001]本专利技术涉及用于获取图像数据的方法和装置。

技术介绍

[0002]获取图像数据的方法和装置尤其应用于激光雷达系统中的自动驾驶领域。图1仅仅示意性地示出了现有已知的这种装置，其包括：具有排列成至少一行的多个发射元件S1
–
S4的发射单元S，具有排列成一行的多于一个的接收像素P1
–
P4的接收单元E，以及设置在发射单元和接收单元之间的至少一个接收光学器件EO。在这方面，单个发射元件S1可以发射光脉冲或辐射脉冲，该光脉冲或辐射脉冲被视场FOV中的物体O反射并到达接收像素P1
–
P4。尽管所发射的辐射通常位于不可见的波长范围内，但为了简化表示，术语光和辐射在下文中作为同义词使用。为了测量距离，可以确定光脉冲的飞行时间，并且由于飞行时间的不同，可以根据大量测量结果生成视场FOV的合成总图像G。在这种所谓的飞行时间（ToF）过程中，发射元件S1
–
S4通常彼此上下地排列成一排（例如垂直的一排），其中通过控制单元C以类似脉冲的方式连续地控制每个发射元件。由于发射光学元件 SO，每个发射元件的光形成光带，例如水平定向的光带（参见图 2），光带在时间连续的时间窗t1
–
t4里照射局部场景LS1
–
LS4中的视场FOV。光被位于视场FOV中的物体O反射，并沿接收单元E的方向反射回来。在接收单元E中，多个接收像素P1
–
P4并排排列成一排，如图 1 所示，使得每个局部场景的光都可以被物体O反射，并可作为光带被接收像素探测到。随后，通过一评估装置AE确定在脉冲的发射和入射到各个接收像素之间的光的飞行时间，根据飞行时间来计算到各个反射位置的距离。由于其他各个发射元件随后依次发射光脉冲，因此其他的局部场景LS2
–
LS4在时间窗t2
–
t4里被依次照射。它们的光同样被物体O反射并被接收像素探测到，从而随后可以根据计算出的距离数据以已知方式合成视场FOV及其中的物体O的二维图像G。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于获取图像数据的方法和装置，通过该方法和装置可以在至少不改变结构尺寸的情况下提高分辨率。
[0004]根据本专利技术的第一方面，前述目的通过一种用于获取图像数据的方法得以实现。该方法包括以下步骤：提供发射单元、接收单元和设置在发射单元和接收单元之间的至少一个接收光学器件，其中发射单元包括排列成至少一行的多个发射元件，接收单元包括排列成行和列的多于一个的接收像素；在第一时间窗期间使用第一发射元件照射视场的第一局部场景；在另一时间窗期间使用另一发射元件照射视场的另一局部场景；其中，在每个时间窗期间通过接收光学器件将由各个局部场景中的物体反射的光同时投射到所有接收像素上；将接收像素在各个时间窗里在时间上连续接收的图像数据读出并将其组合以形成一总图像；并且，在视场和接收单元之间的光路中不使用移动部件。
[0005]利用前述方法步骤实现了：在用仅具有一个光脉冲的发射元件照射每个局部场景时，通过特定设计的接收光学器件可同时照射所有接收像素，使得不仅一行或一列接收像
素被同时照射，而且接收单元的所有接收像素也被同时照射。由于视场的局部场景在时间上被连续地照射，所以由接收像素在连续的时间窗里在时间上连续接收的图像数据可以被连续地读出并组合以形成总图像。为此，在每个单独的时间窗期间，各个局部场景的被位于视场中的物体反射的光在该时间窗内由接收光学器件同时投射到接收单元的所有接收像素上。因此，在视场与接收单元之间的光路上无需使用诸如旋转镜等的移动部件即可提高分辨率，借此能够实现低的制造成本和高的可靠性。
[0006]说明书、附图和从属权利要求中描述了本专利技术的有利实施例。
[0007]根据第一有利实施例，为了提高分辨率，可以通过接收光学器件将所有局部场景的反射光叠加并投射到所有接收像素所在的单个成像区域上。这使得能够使用大量的接收像素，其整体被用于评估每个局部场景的反射光。
[0008]根据另一有利实施例，通过接收光学器件将局部场景的彼此相邻设置的至少两个部分区域投影到接收单元的接收像素上，使得它们在那里彼此上下地设置和/或间隔开。据此，存在借助接收光学器件改变视场的总图像在x方向和y方向上的分辨率的可能性。类似地，接收光学器件可以构造成使得将局部场景的彼此相邻设置的至少两个部分区域投影到接收单元的接收像素上，从而它们在那里彼此相邻地设置和/或间隔开。
[0009]换言之，接收光学器件可以执行期望的映射以在合成的总图像的某些区域中实现不同的分辨率。由于接收光学器件的不同设计，因此能够在发射像素和接收像素的尺寸相同的情况下调整分辨率。在根据另一有利实施例中，通过接收光学器件可以因此例如设计成使得所合成的总图像的两侧边缘在y方向上的分辨率增强。
[0010]接收光学器件可以包括多个单独的透镜，但特别地其亦可由单个部件组成。接收光学器件可以包括由多于一个的聚焦元件构成的结构，可以例如设计为小面透镜（facet lens）或微透镜阵列，其中该结构不一定必须设计为规则的网格结构。除了使用透射光学器件，也可以使用诸如面镜等反射光学器件。此外，接收光学器件可以具有其他光学组件，例如向场镜或聚焦元件。
[0011]根据另一有利的实施例，相邻的局部场景可以被连续地照射，这样有助于随后合成总图像。
[0012]根据另一有利实施例，被照射的局部场景的数量可以对应于发射元件的数量。在这种情况下，在一时间窗期间由一发射元件照射相应的一个局部场景。然而，从这个方面来说，在连续地照射相邻的局部场景时，可能会发生所谓的过度照射，即，辐射到视场的一个局部场景中的光也（无意地）照射了相邻局部场景的一部分，而这可能会导致图像数据采集不准确。
[0013]根据另一有利实施例，为了防止这种过度照射，发射元件的数量可以更大，特别地为被照射局部场景的数量的两倍。在该实施例中，可以首先通过第一发射元件照射单个局部场景，并在随后的时间窗中通过第二发射元件照射该单个局部场景，其中照射可以这样进行，其使得在不同情况下在每个时间窗里仅相同的局部场景的一个部分区域被照射。相应地，在每个时间窗里只能读出预定部分的接收像素，使得没有被读出的接收像素的过度照射是无害的。因此，局部场景的彼此上下设置的两个部分区域可以例如在两个连续的时间窗期间被连续地照射，其中在每个时间窗里仅读出接收像素的上半部或仅读出下半部。据此，在第一时间窗里读出接收像素的第一邻接区域，并在随后的时间窗里读出接收像素
的与第一区域相邻接的另一区域。在此方法中，的确需要更多的发射元件，其数量是前述实施例的两倍，且需要两倍的时间窗数量，但是它可以有效防止被过度照射的部分区域影响接收像素，而过度照射是会导致图像表示失真的。
[0014]根据另一实施例，可能防止衡量不合需求的被照射的部分区域的另一种方式是遮盖接收光学器件中的视场的至少一个局部场景，或者是遮盖在视场和接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种获取图像数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：a）提供一包含排列成至少一行的多个发射元件（S1
–
S4）的发射单元（S）、一包含排列成行和列的接收像素（P1
–
Px）的接收单元（E）、以及设置在所述发射单元（S）和所述接收单元（E）之间的至少一个接收光学器件（EO）；b）使用第一发射元件（S1
–
S4）在第一时间窗（t1）期间照射视场（FOV）的第一局部场景（LS1
–
LS4）；c）使用另一发射元件（S1
–
S4）在另一时间窗（t2）期间照射所述视场（FOV）的另一局部场景（LS1
–
LS4）；d）在每个时间窗（t1
–
t4）期间，通过所述接收光学器件（EO）将由各个局部场景（LS1
–
LS4）中的物体反射的光同时投射到所有接收像素（P1
–
Px）上；e）读出在时间窗里通过接收像素在时间上连续接收的图像数据，并将其组合以形成一幅总图像（G）；f）所述视场（FOV）和所述接收单元（E）之间的光路中不使用移动部件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述接收光学器件（EO）将所有的局部场景（LS1
ꢀ‑ꢀ
LS4）的反射光叠加，并将其投射到单个成像区域（AB）上以提高分辨率。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过所述接收光学器件（EO）将局部场景（LS1
–
LS4）的彼此相邻设置的至少两个部分区域（A, B）投影到接收单元（E）的接收像素（P1
–
Px）上，使得它们在该处彼此上下地设置和/或间隔开。4.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，通过所述接收光学器件（EO）将局部场景（LS1
–
LS4）的彼此上下设置的至少两个部分区域（A, B）投影到接收单元（E）的接收像素（P1
–
Px）上，使得它们在该处彼此相邻设置和/或间隔开。5.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，通过接收光学器件（EO）将局部场景（LS1
–
LS4）的相邻的部分区域（A, B）投影到不同数量的接收像素（P1
–
Px）上。6.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，依次照射相邻的局部场景（LS1
–
LS4）。7.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，使用小平面透镜，特别是单片小平面透镜，用作接收光学器件（EO）。8.根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，被照射的局部场景（LS1
–
LS4）的数量对应于发射元件（S1
–
S4）的数量。9.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其特征在于，发射元件（S1
–
S4, S1'
–
S4'）的数量比被照射的局部场景（LS1
–
LS4）的数量多，特别地，前者是后者的两倍。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在两个连续的时间窗（t1，t1'）期间，通过第一发射元件（S1
ꢀ‑ꢀ
S4）和第二发射元件（S1'
–
S4'）连续照射局部场景（LS1）的不同部分区域（TB1，TB2），并且在每个时间窗中只读出一些接收像素。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在第一时间窗（t1）里读出接收像素的第一连续区域，在随后的时间窗（t1'）中读出接收像素的另一连续区域，该另一连续区...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿姆，
申请(专利权)人：混合雷达系统公司，
类型：发明
国别省市：