用于飞行时间相机系统的动态扩展的方法和设备技术方案

本发明专利技术涉及一种用于飞行时间相机或飞行时间相机系统的原始相位图像的动态扩展的方法，在该方法中，使用不同的曝光时间拍摄至少两个深度图像。两个深度图像。两个深度图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于飞行时间相机系统的动态扩展的方法和设备


[0001]本专利技术涉及方法，其中，将具有不同曝光时间的多个原始数据测量结果彼此组合，以便因此综合地扩展图像传感器的动态范围，并且以这种方式尽可能地防止饱和效应。

技术介绍

[0002]术语飞行时间相机或飞行时间相机系统在此旨在具体地覆盖从发射和接收的辐射的相移获得距离的系统。具体地，包括光混频检测器(Photomixing Detector，PMD)(例如DE 197 04496A1中描述的PMD)的PMD相机适合作为飞行时间或TOF相机。
[0003]而且，从DE 197 04 496A1中已知从对象反射的光的距离或对应相移的确定。具体地，公开了将发射器调制选择性地移位90
°
、180
°
或270
°
，以便经由反正切函数从这四个相位测量结果或四个相位图像确定相移并因此确定距离。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是改进飞行时间相机的动态范围。
[0005]有利地，提供了一种用于飞行时间相机系统的原始相位图像(M)的动态范围扩展的方法，其中，飞行时间相机系统从发射和接收的辐射的相移来确定距离(d)，其中，为了距离确定，在照明设备与接收器之间的不同相位位置处获取多个原始相位图像(M)并且以不同的曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)来拍摄这些原始相位图像，该方法包括以下步骤：
[0006]a)识别原始相位图像(M)中的无效的(即饱和的)像素和有效的(即非饱和的)像素，
[0007]b)通过以下方式来计算归一化的原始相位图像根据下式从各个原始相位图像(M)减去固定像素偏移(固定模式噪声(FPN))，并且以相应的曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)将减小了固定像素偏移(FPN)的图像归一化
[0008][0009]c)通过根据下式将归一化的原始相位图像乘以相应的加权矩阵(G)来计算加权归一化的原始相位图像
[0010][0011]d)通过以下方式来计算相应相位位置的加权的归一化的HDR图像：根据下式将相应相位位置的加权的归一化的原始相位图像相加并且归一化为加权矩阵的和
[0012][0013]其中，运算符表示元素级乘法，例如所谓的阿达玛运算符，
[0014]e)通过以下方式来计算HDR原始相位图像(M
HDR
)：根据下式将加权的归一化的HDR
原始相位图像乘以曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)中的一者并加上固定像素偏移
[0015][0016]f)提供HDR原始相位图像(M
HDR
)以用于后续处理。
[0017]这种方法的优点在于，HDR原始相位图像(M
HDR
)可用于与常规处理并无不同的进一步处理。因此，HDR处理可以被认为是完全独立的预处理步骤并作为完全独立的预处理步骤来执行。
[0018]此外，如果在步骤e)中将加权归一化的HDR原始相位图像乘以最长曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)，则是有利的。
[0019]优选的是，步骤c)中的各个未饱和的像素的加权矩阵(G)的值对应于相应的基础曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)，并且对于饱和像素，这些像素在加权矩阵G中被设置为零值。
附图说明
[0020]下面参考附图借助于示例性实施例更详细地解释本专利技术。
[0021]附图示意性地示出：
[0022]图1示出了飞行时间相机系统；以及
[0023]图2示出了HDR加权方案。
具体实施方式
[0024]图1示出了通过使用飞行时间相机进行光学距离测量的测量情况，如例如从DE 197 04496A1中已知的。
[0025]飞行时间相机系统1包括：发射器单元或照明模块10，其包括照明设备12和相关联的束形成光学器件15；以及接收单元或飞行时间相机20，其包括接收光学器件25和飞行时间传感器22。
[0026]飞行时间传感器22包括至少一个飞行时间像素，优选地也包括像素阵列，并且具体地被设计为PMD传感器。接收光学器件25通常由多个光学元件构成，以便改善成像特性。发射器单元10的束形成光学器件15例如可以被设计为反射器或透镜光学器件。在非常简单的构造中，还可以省去在接收侧与发射侧两者上的光学元件。
[0027]这种布置的测量原理基本上基于以下事实：从发射光和接收光的相移开始，可以确定接收光的传播时间，因此确定接收光行进的距离。为此，光源12和飞行时间传感器22经由调制器30共同地被提供具有基相位位置的特定调制信号M0。在所示的示例中，在调制器30与光源12之间还设置移相器35，借助于该移相器，光源12的调制信号M0的基相位可以按限定的相位位置移位。对于典型的相位测量，优选使用和270
°
的相位位置。
[0028]根据设定的调制信号，光源12发射具有第一相位位置p1或的强度调制信号S
p1
。在所示的情况下，该信号S
p1
或电磁辐射被对象40反射，并且由于行进的距离而以对应的相移撞击对象40，其中第二相位位置作为飞行时间传感器22上的接收信号S
p2
。在飞行时间传感器22中，调制信号M0与接收信号S
p2
混频，并且从所得信号确定相移或对象距离d。
[0029]此外，系统包括调制控制器27，其根据实际测量任务改变调制信号M0的相位位置和/或经由频率振荡器38调节调制频率。
[0030]优选地，红外发光二极管适合作为照明源或光源12。当然，可以想到在其它频率范围内的其它辐射源，特别是可以考虑在可见频率范围内的光源。
[0031]高动态范围成像已经在2D域中很好地建立。然而，在3D
‑
ToF测量的情况下，这种模式更为重要，因为这是一种主动测量方法，借助于该方法可出现大的强度差。因此，饱和效应经常发生在近距离范围内，而由于反射光的低信号强度，在远距离范围内优先遇到远距离噪声。
[0032]在这里描述的方法中，将利用至少两个不同的曝光时间获得的多个原始数据测量结果彼此组合，根据它们的曝光时间加权，使得除了饱和像素之外，还利用所有像素的全部信息内容。
[0033]本专利技术的另一关键点在于，HDR计算可以作为完全独立的预处理步骤来进行，并且测量数据的后续处理可以不改变地并且完全独立于该HDR计算来进行。
[0034]为了根据相位测量原理确定距离，首先在发射器与接收器之间的不同相位位置处检测发射的调制信号与接收的调制信号之间的相位差/相移对于飞行时间光传感器的各个像素ij，检测这些相移m
ij
，并且这些相移形成原始相位图像M。为了计算实际相移在不同的相位位置处获取至少两个、优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于飞行时间相机系统的原始相位图像(M)的动态扩展的方法，其中，所述飞行时间相机系统从发射和接收的辐射的相移来确定距离(d)，其中，为了距离确定，在照明设备与接收器之间的不同相位位置处获取多个原始相位图像(M)并且以不同的曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)来拍摄所述多个原始相位图像，所述方法包括以下步骤：a)识别所述原始相位图像(M)中的无效的，即饱和的，像素，和有效的，即非饱和的，像素，b)通过以下方式来计算归一化的原始相位图像根据下式从各个原始相位图像(M)减去固定像素偏移(固定模式噪声(FPN))，并且以相应的曝光时间(t
exp1
、t
exp2
)将减小了所述固定像素偏移(FPN)的所述图像归一化c)通过根据下式将所述归一化的原始相位图像乘以相应的加权矩阵(G)来计算加权的归一化的原始相位图像权的归一化的原始相位图像d)通过以下方式来计算相应相位位置的加权的归一化的HDR原始相位图像'根据下式将所述相应相位位置的所述加...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：