用于提供距离信息的飞行时间摄像机及方法技术

本发明专利技术涉及一种利用飞行时间照相机（1）提供场景的距离信息的方法，该方法包括以下步骤：向场景发射调制光脉冲，从场景接收调制光脉冲的反射，估计所接收的调制光脉冲的反射的飞行时间信息，以及从所接收到的反射的飞行时间信息推导出距离信息，据此将扩展频谱信号施加到调制光脉冲的基频上，并且考虑施加到调制光脉冲的基频上的扩展频谱信号来估计飞行时间信息。本发明专利技术还涉及一种用于从场景提供距离信息的飞行时间照相机（1），据此飞行时间照相机（1）执行以上操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种利用飞行时间照相机（1）提供场景的距离信息的方法，该方法包括以下步骤：向场景发射调制光脉冲，从场景接收调制光脉冲的反射，估计所接收的调制光脉冲的反射的飞行时间信息，以及从所接收到的反射的飞行时间信息推导出距离信息，据此将扩展频谱信号施加到调制光脉冲的基频上，并且考虑施加到调制光脉冲的基频上的扩展频谱信号来估计飞行时间信息。本专利技术还涉及一种用于从场景提供距离信息的飞行时间照相机（1），据此飞行时间照相机（1）执行以上操作。【专利说明】本专利技术涉及一种利用测距装置诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机来提供场景的距离信息的方法，该方法包括以下步骤:向场景发射调制光脉冲；从场景接收调制光脉冲的反射；估计所接收的反射的调制光脉冲的飞行时间信息；以及从所接收的反射的飞行时间信息推导出距离信息。本专利技术还涉及一种根据上述方法从场景提供距离信息的测距装置，例如飞行时间传感器或飞行时间摄像机。
技术介绍
飞行时间摄像机(也称作TOF摄像机)是这样的一种摄像机，其通常包括用于发射调制光脉冲的光源或发射器单元、捕获光脉冲的反射的接收器单元、对飞行时间信息或接收到的反射进行估计的估计单元，以及从飞行时间信息推导出距离信息的计算单元。距离信息也被称作深度。发射器单元向场景发射调制光脉冲，其中从存在于场景中的物体朝向接收器单元反射调制光脉冲。根据从TOF摄像机到物体的距离，响应于所发射的调制光脉冲延迟地接收到发射。由估计单元对该延迟(也被称作飞行时间)进行估计，并且进一步由计算单元处理该延迟以推导出物体的距离。接收器单元包括光学系统和多个光接收点(也被称作像素)，使得不同的像素能够在相同的时间接收来自不同物体的反射。每个像素独立地接收调制光脉冲的反射。对于各个像素，飞行时间信息和距离信息也被单独地处理以便针对全部场景同时地提供距离信肩、O通过测量发送的调制光脉冲与接收的调制光脉冲之间的时间延迟或相位差，以间接的方式逐个像素地测量距离。典型地，调制可以是脉冲调制、正弦调制、伪噪声调制等。于是，发送的调制信号与接收的调制信号的相位差就提供了对时间延迟的测量。为了提供能够高精度地提供距离信息的TOF摄像机，采用了清晰脉冲(sharplydefined pulse),该清晰脉冲优选地具有受限的上升时间和下降时间。如图1的示例频谱所示，由于该要求，用于调制电子光源的光输出的电子调制信号的频谱内容包含了许多具有很大能量的谐波。此外，由于从相位测量到距离测量的变换需要对调制频率的精确了解，因此通常调制频率被很好地定义。由此，频谱中的波峰趋向于窄而高。由于TOF摄像机必须与其他电子设备共存，所以会产生问题。谐波中的大量能量会阻止设备的电磁兼容。一般这样的设备必须与不同的规范兼容。根据FCC(美国)、EC(欧洲)或CCC (中国)标准可采用针对电磁兼容(EMC)的相关规范。因此，使用TOF摄像机会受到限制和/或TOF的精度会间接地受到这些要求的限制而无法满足EMC要求。典型的调制频率位于IOMHz和IOOMHz之间，生成了相关的谐波。减小从电子设备辐射的EMI总量是在致力于解决低制造成本过程中最艰难的问题之一。如果在设计阶段不采取必要的步骤，那么兼容器件会是相当昂贵的。新产品研发资金的40%-50%可能花费在追求适合经济生产的兼容产品上。在高速数字系统中，时钟振荡器产生用于定时的固定频率的方波信号。该时钟的频率假设被固定并对频率取倒数就得到了时钟的周期。时钟的周期是从上升沿上的点到紧邻的下一个时钟的上升沿上的同一点的时间。理想的时钟没有可测量的抖动并且各个时钟循环的周期总是完全相同。低EMI时钟振荡器或扩频时钟是特殊类型的数字时钟，相比传统的时钟输出，其提供了更低的EMI。对基频进行调制并且在更宽的频谱上分散能量，从而减小包含在任一频率上的峰值能量。基频和谐波频率的峰值相对较低。最初在基频时钟信号的谐波中的总能量不会简单消失，而是会被分散在更宽的频带上。通过改变时钟的频率，这种时钟的周期与提供的抖动一样也会发生改变。因此，前后周期抖动(cycle-to-cyclejitter)被添加到这样的时钟中。在确定距离方面，抖动将会减小测距的飞行时间设备的精度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种利用测距装置诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机来提供场景的距离信息的另选方法，以及适于根据以上方法从场景提供距离信息的另选测距装置，例如飞行时间传感器或飞行时间摄像机。通过独立权利要求实现该目的。在从属权利要求中详述有益的实施方式。方法的实施方式和诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机的测距装置的实施方式的优点在于在减小了 EMI的同时获得了高精度的距离信息。因此，根据本专利技术的方法的实施方式和诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机的测距装置的实施方式的优点在于在保持高精度的同时与EMC标准兼容。因此，通过利用诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机的测距装置来提供场景的距离信息的方法实现以上目的，该方法包括以下步骤:向场景发射周期性光信号诸如一连串的光脉冲；从场景接收周期性光信息号的反射；估计接收到的周期性光信号的反射的飞行时间信息；以及从接收到的反射的飞行时间信息推导出距离信息，据此根据基频的调制信号发射周期性光信息号，从而作为频率调制将扰动施加到调制信号的基频。然后通过接收用于确定飞行时间信息的反射光的检测器利用该频率扰动调制信号生成周期性光信号并且将该频率扰动调制信号用作基准信号。可以逐个像素地实现该过程。根据该距离信息和场景图像可以生成3D图像。根据本专利技术的一个方面，提供了一种利用飞行时间传感器或摄像机来提供场景的距离信息的方法，该方法包括以下步骤:根据基于时钟定时的调制信号向所述场景发射周期性光信号，所述时钟定时具有被扩展了周期性扰动的基频，所述周期性扰动具有扰动频率和周期；从所述场景接收所述周期性光信号的反射；根据所述调制信号在一组多个测量持续时间上估计所接收到的所述周期性光信号的反射的飞行时间信息；以及从所接收到的反射的所述飞行时间信息推导出距离信息，其中，所述一组多个测量持续时间中的每个测量持续时间都是所述扰动周期的整数倍或半整数倍，并且在所述一组测量持续周期上平均基频保持恒定)。周期性光信号可以是诸如方波脉冲的脉冲也可以是诸如正弦信号的其他波形。通过用于从场景提供距离信息的诸如飞行时间传感器或飞行时间摄像机的测距装置也可以实现本专利技术的目的，从而飞行时间摄像机可执行以上方法。因此，在本专利技术的另一方面，提供了一种与用于向场景发射周期性光信号的光源一起使用的飞行时间传感器，所述飞行时间传感器用于从场景提供距离信息，所述飞行时间传感器包括:调制单元，其用于基于时钟定时提供针对所述光源的调制信号，所述时钟定时具有被扩展了周期性扰动的基频，所述周期性扰动具有扰动频率和周期；接收组，其具有接收器单元、估计单元和处理单元，所述接收组与所述调制单元相连接以接收所述调制信号；所述估计单元被设置为根据被扩展了所述周期性扰动的所述时钟定时在一组多个测量持续时间上估计从所述场景接收到的反射的飞行时间信息；所述计算单元被设置为从由所述估计单元提供的所述飞行时间信息推导出距离信息，其中，所述一组多个测量持续时间中的每个测量持续时间都是所述扰动周期的整本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·范德滕佩尔，R·格鲁腾斯，
申请(专利权)人：软动力学传感器公司，
类型：
国别省市：