TW202001190A - 使用飛行時間及偽隨機位元序列來測量至物體之距離 - Google Patents

使用飛行時間及偽隨機位元序列來測量至物體之距離 Download PDF

Info

Publication number
TW202001190A
TW202001190A TW108119430A TW108119430A TW202001190A TW 202001190 A TW202001190 A TW 202001190A TW 108119430 A TW108119430 A TW 108119430A TW 108119430 A TW108119430 A TW 108119430A TW 202001190 A TW202001190 A TW 202001190A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
light emission
echo
control circuit
distance
Prior art date
Application number
TW108119430A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI723413B (zh
Inventor
丹尼爾 佩瑞索尼
丹尼爾 佛瑞
羅伯特 卡波爾
克里斯汀 摩特爾
Original Assignee
奧地利商奧地利微電子股份公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 奧地利商奧地利微電子股份公司 filed Critical 奧地利商奧地利微電子股份公司
Publication of TW202001190A publication Critical patent/TW202001190A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI723413B publication Critical patent/TWI723413B/zh

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/26Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency-modulated or phase-modulated carrier wave, e.g. for pulse compression of received signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4808Evaluating distance, position or velocity data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/4865Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/487Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本發明描述一種用於使一成像感測器能夠執行飛行時間測量同時需要較少直方圖記憶體及在許多情況中較少功率消耗的方法及設備。一光源經操作以引起多個光發射且根據基於該第一光發射接收之一第一回波判定一粗略/估計距離。保存一直方圖且從該粗略距離及自一第二光發射之回波導出之資料計算一精細距離。

Description

使用飛行時間及偽隨機位元序列來測量至物體之距離
本發明係關於使用成像感測器測量至一物體之距離。
在成像感測器之許多用途中,判定一成像感測器與一物體之間之一距離係至關重要的。經產生以判定一成像感測器與一物體之間之一距離的一個系統被稱為一飛行時間(「ToF」)測量系統。現今存在各種ToF測量系統。一些ToF系統使用直接測量模式而其他ToF系統使用間接測量模式。
在一些直接模式ToF系統中,發射一光脈衝,且在光脈衝藉由一物體反射及該反射光藉由成像感測器偵測到時執行一時間測量。在一些情況中,此等時間被稱為時間轉數位轉換器(「TDC」)或時間轉類比轉換器(「TAC」)。基於TDC或TAC及光速,判定至物體之一距離。在一些間接模式ToF測量系統中,發射光經調變,且感測器解調變經接收回波而提取經發射信號與經接收信號之間之相位差。接著,自相位差判定距離資訊。
在直接模式ToF系統中,將測量資料保留在直方圖記憶體中,同時重複測量一定次數使得可達成一更準確結果。對於每一測量,測量系統必須針對各像素建立一直方圖,此需要一相對較大之儲存量。另外,習知直接ToF系統需要呈高能脈衝形式之大功率消耗才能準確,此係因為低能脈衝在許多例項中將不會產生準確之足夠資訊。在習知間接ToF系統中,為達成高精度,需要使用一高調變頻率,此導致高功率消耗及一增加的系統複雜性。
本發明描述一種執行ToF測量同時需要較少直方圖記憶體及在一些情況中較少功率消耗的系統。明確言之,本發明描述一種用於測量一成像感測器與一物體之間之一距離的設備、系統及方法。該距離測量系統(例如,使用一光源)引起來自該光源之一第一光發射及來自該光源之一第二光發射。例如,在直接ToF測量系統中,該光發射可為一雷射脈衝或另一適合光脈衝。在間接ToF測量系統中,該等光發射可為經調變之任何發射,使得可解調變一回波。
該距離測量系統(例如,使用一成像感測器)偵測因該第一光發射藉由一物體反射而產生之一第一回波及因該第二光發射藉由該物體反射而產生之一第二回波。例如,在直接ToF系統中,在該第一光脈衝及該第二光脈衝自一物體反射時,該成像感測器可偵測來自該等光脈衝之回波。在間接ToF系統中,該等第一及第二發射可經調變,且可在藉由該成像感測器接收回波時解調變該等回波。
當該距離測量系統(例如,經由該成像感測器)接收到該第一回波時,該距離測量系統自該第一回波提取資料且基於來自第一回波之該資料判定至該物體之一估計距離。例如,該距離測量系統可基於該第一回波判定一物體定位於距該成像感測器4米與5米之間之某處。當該距離測量系統(例如,經由該成像感測器)接收到該第二回波時,自該第二回波提取距離資訊。使用自該第一回波判定之該估計距離,該距離測量系統識別該第二回波內之對應於該估計距離的資料。例如,與該第二回波相關聯之該資料可包含距該成像感測器之不同距離之資料。然而,因為在此實例中,該系統已基於該第一回波判定該物體距該成像感測器在4米與5米之間,所以該距離測量系統識別與在4米與5米之間之距離相關聯之資料。
當識別對應於該估計距離之該資料時,該距離測量系統使用對應於該估計距離之該經識別資料產生一直方圖且將該直方圖儲存於該記憶體中。例如,若該距離測量系統已判定該物體距該成像感測器在4米與5米之間,則該距離測量系統針對介於4米與5米之間之該距離儲存自該第二回波導出之資料的一直方圖。可丟棄與其他距離相關聯之資料以節省直方圖記憶體(其在許多例項中係非常有限的)。該距離測量系統進一步經組態以基於該經儲存直方圖計算至該物體之一距離。例如,該距離測量系統可分析該資料且判定該物體定位於距該成像感測器之一特定距離(例如,4.5米)處。
在一些實施例中,僅儲存該第二光發射之該直方圖資料,且該距離測量系統丟棄與該第一回波相關聯之資料。另外,該距離測量系統可丟棄與該第二回波相關聯之不對應於該估計距離的資料。繼續上文實例,僅將自該第二回波導出之與該估計距離相關聯的資料(例如,與該4.5米距離相關聯之資料)儲存於直方圖記憶體中。
在一些實施例中,該距離測量系統在引起該第一光發射之後之一段時間之後引起該第二光發射。明確言之,該距離測量系統檢索與該第一光發射相關聯之一非模糊期。該非模糊期可為對應於該距離測量系統經組態以測量之一最大距離的一段時間。該距離測量系統判定從該第一光發射起已達到該非模糊期,且在已達到該非模糊期之後引起該第二光發射。
在一些實施例中,在直接模式ToF系統中,該第一發射及該第二發射可為一第一光脈衝及一第二光脈衝,且該第一光脈衝可比該第二光脈衝長。例如,該第一較長脈衝使該距離測量系統能夠收集更多光資料以獲得儘可能多的資訊。該第二光脈衝可較短,此係因為不需要在全部距離內之很多資料,而是需要一特定範圍(例如,4米至5米)之資料。
在一些實施例中,在間接模式ToF系統中,在比該第二光發射低之一頻率下調變該第一光發射。此在其中在該第一發射之一較低頻率調變下可接收更多資料而因此增加偵測到該物體之一大體位置之可能性的例項中可為有利的。該第二發射可具有一較高頻率使得可發生一更準確偵測。
在一些實施例中,在一預定時間窗期間產生多個發射可為有利的。明確言之,該距離測量系統可檢索對應於該第一光發射與接收到該第一光發射之任何回波之間之最大時間的一時段,且在該時段期間引起來自該光源之額外數目個光發射。當該時段已結束時,該距離測量系統可使該光源停止進一步發射。例如,該距離測量系統可檢索一個1秒時間間隔且在該時間間隔期間產生8個光發射。在該1秒時間間隔到期之後,該距離測量系統停止引起任何進一步光發射。
在一些實施例中,該距離測量系統進一步經組態以依一特定序列引起該等光發射,其中該序列指示該距離測量系統將該時段分為多個時段(子時段)且其中該序列指示該距離測量系統在該多個時段之一些時段期間引起發射而在該多個時段之其他時段期間未引起該等發射。例如,該距離測量系統可將該時段分為16個相異子時段。在該16個子時段之一些時段期間,該距離測量系統可引起一光發射而在其他時段期間未引起一光發射,藉此產生一序列。該距離測量系統可在第一、第三、第四、第六、第七、第十一、第十二及第十六子時段期間引起一光發射且避免在其他子時段期間引起發射。
該成像感測器進一步可操作以偵測任何光發射之回波,無論是來自該光源還是來自其他光源。藉由該距離測量系統處理該等經接收回波,其中基於該光發射序列識別由來自該光源之發射引起之該等回波。該距離測量系統丟棄與表示來自該等其他光源之光之信號相關聯的資料。例如,若距離測量系統在第一、第三、第四、第六、第七、第十一、第十二及第十六子時段期間引起一光發射且避免在該等其他子時段期間引起發射,則該距離測量系統減去在第二、第五、第八、第九、第十、第十三、第十四及第十五子時段期間接收之回波資料而加總與第一、第三、第四、第六、第七、第十一、第十二及第十六子時段相關聯之回波資料值。該距離測量系統丟棄與該序列不相關之信號。
該距離測量系統將對應於該等經識別光發射之回波之資料儲存於一直方圖記憶體中,且基於該直方圖記憶體中之該資料產生至該物體之距離之一測量值。繼續上文實例,該距離測量系統加總直方圖記憶體中之第一、第三、第四、第六、第七、第十一、第十二及第十六子時段之資料值且減去其他時段之資料值以基於該直方圖記憶體中之該資料產生至物體之距離之一測量值。
在下文隨附圖式及描述中闡述一或多個實施方案之細節。自描述、隨附圖式及發明申請專利範圍將明白其他特徵及優點。
圖1係採用ToF感測來計算至物體102 (在此實例中,一建築物)之一距離的一例示性距離測量系統100。距離測量系統100包含含有一像素陣列(例如,一二維(2-D)陣列)之一成像感測器104。
用來自一光源110 (諸如一雷射)之照明光108照明物體102。例如,光108可為紅外(IR)光。一些照明光藉由物體反射。藉由一相機114及成像感測器104偵測反射光112。藉由一或多個影像處理器120將來自像素之距離資訊結合由相機114獲得之環境之一2-D影像一起儲存於直方圖記憶體122中。來自直方圖記憶體122之資料用於計算至物體102之距離。各像素之距離資訊R可計算為: R=(c/ToF)/2, 其中c係光速,且ToF係飛行時間,其係自光源110發射光與藉由成像感測器104偵測到反射光之間之經過時間。
成像感測器104之各解調變像素能夠解調變經接收光信號112。一控制板(例如,包含控制電路) 118經組態以調節相機114之時序。成像感測器104之全部像素之相位值對應於環境105中之一對應點(例如,在建築物102上)之距離資訊R。在一些實例中,反射光之解調變可直接遞送飛行時間值。在一些實例中,經解調變照明光可為連續強度調變光,且反射光之解調變可遞送發射光與反射光之間之相位延遲(P)。相位延遲如下對應於距離R: R=(P∙c)/(4πf_mod), 其中fmod係照明光之調變頻率,其範圍可從例如幾MHz多至數GHz。在一些實施方案中,各解調變像素能夠同時解調變反射光,成像感測器104可實質上即時地遞送影像資料(例如,高達30 Hz或大於30 Hz之圖框率)。經解調變像素中之光生電荷載子之增加的橫向傳遞時間可促成高頻影像遞送。
圖2係繪示用於測量至一物體之一距離之動作的一方塊圖200。在方塊202中,控制電路(例如,包含於控制板118中之控制電路)使用一光源(例如,光源110)引起一第一光發射及一第二光發射。例如,控制板118可指示光源110觸發第一及第二光發射。第一及第二光發射可為可見光譜光、紅外光或另一適合光類型。在一些實施例中,諸如在直接ToF系統中,光發射可為雷射脈衝。在間接ToF測量系統中,光發射可為經調變之任何發射,使得可解調變一回波。
在方塊204中,控制電路(例如,包含於控制板118中之控制電路)使用一成像感測器(例如,成像感測器104)偵測因第一光發射藉由一物體(例如,物體102)反射而產生之一第一回波及因第二光發射藉由物體(例如,物體102)反射而產生之一第二回波。例如,在直接ToF系統中,在第一及第二光脈衝自一物體反射時,成像感測器(例如,成像感測器104)可偵測到來自該等光脈衝之回波。在間接ToF系統中,第一及第二發射可經調變,且可在藉由成像感測器(例如,成像感測器104)接收回波時解調變該等回波。
在方塊206中,控制電路(例如,包含於控制板118中之控制電路)基於第一回波判定至物體之一估計距離。控制電路可分析第一回波之光且判定一物體之一大體位置。圖3之圖表300繪示自第一回波提取之資料。圖表指示物體之大體位置(例如,在19米處)。峰值302對應於物體之大體位置。
在方塊208中,控制電路(例如,包含於控制板118中之控制電路)識別第二回波內之對應於估計距離之資料。控制電路可分析第二回波之光且判定物體之一特定位置。圖3之圖表320繪示自第二回波提取之資料。圖表指示物體之一特定位置。圖表320繪示將19米距離分解為32個部分且繪示物體定位於該32個部分之第十部分與第十五部分之間。峰值322對應於物體之一精確位置。
在方塊210中,控制電路(例如,包含於控制板118中之控制電路)使用對應於估計距離之經識別資料產生一直方圖,且在方塊212中將直方圖儲存於記憶體(例如,直方圖記憶體122)中。圖4繪示儲存直方圖資料之一個方法400。系統可使用時間轉數位轉換器(「TDC」),其基於移位暫存器(例如,移位暫存器402)外加計數器(例如,計數器404)進行粗略評估(例如,運用來自第一回波之資料判定一估計距離),基於共用直方圖記憶體及一延遲線進行精細評估(例如,運用來自第二回波之資料判定一精確距離)。偵測器可為由n個單光子突崩二極體(「SPAD」)組成之一巨集像素(macro-pixel),各SPAD之輸出可與一OR樹或一XOR樹組合在一起。饋送有一全域時脈之一移位暫存器可充當具有由輸入時脈406給出之一時間解析度的粗略TDC。當一SPAD產生一觸發(例如,一光發射)時,計數器被計時且僅在其輸入端處具有傳播通過移位暫存器之「高」位準的計數器將增加其值,從而建立直方圖。
在一些實施例中,一寬垂直面射型雷射(「VCSEL」)可用於更多光功率。另外,可使用15個時間選通計數器。系統可累積足夠計數以找到用於選擇一放大範圍之一最大峰值(例如,如圖表300中繪示之物體之一大體位置)。在一些實施例中,系統忽視第一計數器,此係因為其含有覆蓋玻璃之串擾。重複此操作直至粗略評估(例如,基於第一光發射及第一回波)結束且儲存一輸出值。在一些例項中,粗略評估可重複多次。
在一些實施例中,控制電路使用一高能脈衝執行粗略評估以粗糙地評估目標距離。圖5繪示使用一雷射脈衝來執行一粗糙評估。繪示500展示一雷射觸發及自雷射觸發接收之一回波(回波502)。在雷射脈衝之後起始一停止信號。一較長雷射脈衝對應於接收到返回光子之一較高機率,但具有較小準確度。基於經接收回波執行一粗略TDC測量。計算粗略值504。
在一些實施例中,控制電路可使用在開始與停止粗略測量(估計測量)之間的一窗來以短脈衝執行一精細評估(精確測量)。圖6繪示使用一較短雷射脈衝606進行精細測量。自粗略評估602開始,偵測回波604且丟棄在觀察窗外部產生之全部事件。例如,如上文描述,丟棄對應於在非模糊窗外部之光之任何資料。
在一些實施例中,可將一偽隨機位元序列(「PRBS」)應用於光發射。一般而言,藉由感測器應涵蓋之最大距離判定可發送光學脈衝之最大速率。可藉由使用應用於光發射(例如,光脈衝)之一偽隨機位元序列來克服此限制。一已知PRBS序列在本地儲存於每一像素中且根據一放大距離範圍移位。序列之特徵係取消異相之每一回波(即,多重回波、覆蓋玻璃),但將在精細評估中添加同相之每一回波。此因為將在粗略窗中偵測到之對應於1 (發送脈衝)的每一事件添加於直方圖記憶體中,而自直方圖記憶體減去在粗略窗中偵測到之對應於0 (未發送脈衝)的事件而達成。
圖7繪示PRBS至光發射之一可能應用。選擇對應於粗略時間窗之測量範圍702。判定(例如,自記憶體檢索) PRBS型樣704。在此情況中,序列之長度係15,此將粗略時間窗劃分為15個時段。控制電路在第一、第二、第三、第四、第八、第十一、第十二及第十四時段期間引起發射。如圖7中展示,發射可為在此等時間間隔期間發射之VCSEL脈衝。在一些實施例中(例如,在系統與一智慧型電話或一電子平板電腦相關聯時),控制電路可補償裝置所包含之一覆蓋玻璃(繪示706)。因此,可丟棄在一臨限距離內(例如,距成像感測器幾毫米)偵測到之物體之資料。控制電路可基於序列判定自粗略範圍之移位(繪示708)。基於移位,控制電路可引起將資料添加至直方圖記憶體且丟棄在窗外部之資料。如圖7中展示,範圍內回波之加總產生自相關710。
圖8繪示精細測量之一個實施方案800。控制電路可使用TDC對延遲線(例如,延遲線804)以時脈(例如,時脈802)執行精細評估。一PRBS被載入於移位暫存器中且根據粗略評估移位,此向計數器(例如,計數器806)給出遞增或遞減計數之命令。當一SPAD產生一觸發時,計數器被計時且根據PRBS遞增或遞減計數,且僅具有由距離雷射產生之脈衝的計數器將執行遞增/遞減計數。在一些實施例中,可重複此操作以依像素建立直方圖。控制電路可使用短VCSEL脈衝,但處於高重複率以達成較高光功率。控制電路亦可使用具有15個分接頭之一延遲鎖定迴路用於精細解析度。在一些實施例中,可多次測量粗略值以減小不確定性。另外,針對粗略測量及精細測量兩者,控制電路可引起脈衝寬度從較長變化為較短。此外,控制電路可在一像素叢集中執行粗略測量且每像素執行精細測量。
參考圖9,在一些實例中,採用ToF感測器(諸如此處描述之ToF感測器)之一距離測量系統950可安裝於一行動計算裝置952 (諸如一行動電話、一平板電腦或一穿戴式計算裝置)之一前側上或併入至其中。行動裝置952之前側係裝置之包含一螢幕955之側。距離測量系統950可為包含一照明裝置954以及含有一相機956及一ToF成像感測器958之成像組件的一前側成像系統。前側距離測量系統950可用於需要準確地測量至物體960之距離之各種應用(例如,攝影、錄影及其他適合應用)。
參考圖10,在一些實例中,採用ToF感測器(諸如此處描述之ToF感測器)之一距離測量系統1070可安裝於一行動計算裝置1072之一背側上。背側係裝置之與前側相對之側,諸如不包含一螢幕之側。距離測量系統1070可為包含一照明裝置1074以及含有一相機1076及一ToF成像感測器1078之成像組件的一背側成像系統。背側距離測量系統1070可用於例如物體辨識或環境映射,諸如(舉例而言)藉由一或多個處理器1082映射一房間。
在本發明中描述之標的物及功能操作之各種態樣可在以下各者中實施:數位電子電路,或軟體、韌體或硬體(包含本說明書中揭示之結構及其等結構等效物),或其等之一或多者之組合。電子控制單元併有經組態以執行產生一周圍光測量所需之動作的數位控制電路。在一些實施例中,電子控制單元可併有軟體、韌體或其他硬體之一或多者以有利於本發明之動作。另外,在本發明中描述之標的物之態樣可實施為一或多個電腦程式產品,即,編碼於一電腦可讀媒體上以由資料處理設備執行或控制資料處理設備之操作的電腦程式指令之一或多個模組。電腦可讀媒體可為一機器可讀儲存裝置、一機器可讀儲存基板、一記憶體裝置、產生一機器可讀傳播信號之一物質組成或其等之一或多者之一組合。除硬體之外,設備亦可包含產生所述電腦程式之一執行環境的程式碼,例如構成處理器韌體之程式碼。
一電腦程式(其亦被稱為一程式、軟體、軟體應用程式、指令檔或程式碼)可以任何形式之程式設計語言(包含編譯或解譯語言)撰寫,且其可部署為任何形式,包含作為一獨立程式或作為一模組、組件、副常式或適用於一計算環境中之其他單元。一電腦程式不一定對應於一檔案系統中之一檔案。一程式可儲存於保存其他程式或資料(例如,儲存於一標記語言文件中之一或多個指令檔)之一檔案的一部分中、儲存於專用於所述程式之一單一檔案中,或儲存於多個協同檔案(例如,儲存一或多個模組、子程式或程式碼之部分之檔案)中。一電腦程式可經部署以在一個電腦上或在定位於一個地點處或跨多個地點分佈且由一通信互連之多個電腦上執行。
在本說明書中描述之程序及邏輯流程可藉由一或多個可程式化處理器執行,該一或多個可程式化處理器執行一或多個電腦程式以藉由操作輸入資料且產生輸出而執行功能。程序及邏輯流程亦可藉由專用邏輯電路(例如,一FPGA (場可程式化閘陣列)或一ASIC (特定應用積體電路))執行,且設備亦可實施為專用邏輯電路。
藉由實例,適於執行一電腦程式之處理器包含通用及專用微處理器兩者及任何種類之數位電腦之任一或多個處理器。一般而言,一處理器將自一唯讀記憶體或一隨機存取記憶體或兩者接收指令及資料。一電腦之基本元件係用於執行指令之一處理器及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體裝置。適於儲存電腦程式指令及資料之電腦可讀媒體包含全部形式之非揮發性記憶體、媒體及記憶體裝置,包含例如:半導體記憶體裝置,例如EPROM、EEPROM及快閃記憶體裝置;磁碟,例如內部硬碟或可抽換式磁碟;磁光碟;以及CD ROM及DVD-ROM磁碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路補充或併入於專用邏輯電路中。
雖然本說明書含有許多細節,但此等細節不應被解釋為限制本發明或可主張內容之範疇,而是應解釋為對本發明之特定實施例所特有之特徵的描述。本說明書中在單獨實施例之內容背景中描述之某些特徵亦可在一單一實施例中組合實施。相反地,在一單一實施例之內容背景中描述之各種特徵亦可在多個實施例中單獨地或以任何適合子組合實施。此外,儘管上文可將特徵描述為以特定組合起作用且甚至最初如此主張,然在一些情況中,來自一所主張組合之一或多個特徵可從組合中剔除,且所主張組合可關於一子組合或一子組合之變動。
類似地,雖然在圖式中按一特定順序描繪操作,但此不應被理解為要求按所展示之特定順序或循序順序執行此等操作或執行全部所繪示操作以達成期望結果。在某些境況中,多任務處理及並行處理可為有利的。
已描述若干實施例。然而,將瞭解,可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下進行各種修改。例如,上文描述之一些步驟可與順序無關,且因此可以不同於所描述順序之一順序執行。
因此,其他實施方案在以下發明申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧距離測量系統 104‧‧‧成像感測器 105‧‧‧環境 108‧‧‧照明光 110‧‧‧光源 112‧‧‧反射光/光信號 114‧‧‧相機 118‧‧‧控制板 120‧‧‧影像處理器 122‧‧‧直方圖記憶體 202‧‧‧方塊 204‧‧‧方塊 206‧‧‧方塊 208‧‧‧方塊 210‧‧‧方塊 212‧‧‧方塊 300‧‧‧圖表 302‧‧‧峰值 320‧‧‧圖表 322‧‧‧峰值 402‧‧‧移位暫存器 404‧‧‧計數器 406‧‧‧輸入時脈 500‧‧‧繪示 502‧‧‧回波 504‧‧‧粗略值 602‧‧‧粗略評估 604‧‧‧回波 606‧‧‧較短雷射脈衝 702‧‧‧測量範圍 706‧‧‧繪示 708‧‧‧繪示 710‧‧‧自相關 802‧‧‧時脈 804‧‧‧延遲線 806‧‧‧計數器 950‧‧‧距離測量系統 952‧‧‧行動計算裝置/行動裝置 954‧‧‧照明裝置 956‧‧‧相機 958‧‧‧飛行時間(ToF)成像感測器 1070‧‧‧距離測量系統 1072‧‧‧行動計算裝置 1074‧‧‧照明裝置 1076‧‧‧相機 1078‧‧‧飛行時間(ToF)成像感測器 1082‧‧‧處理器
圖1係採用ToF感測來計算至物體之一距離的一例示性距離測量系統100。
圖2係繪示用於測量至一物體之一距離之動作的一方塊圖。
圖3繪示自第一回波及第二回波提取之資料。
圖4繪示儲存直方圖資料之一方法。
圖5繪示使用一雷射脈衝來執行一粗略評估。
圖6繪示使用一較短雷射脈衝進行精細測量。
圖7繪示偽隨機位元序列(「PRBS」)至光發射之一例示性應用。
圖8繪示精細測量之一例示性實施方案。
圖9繪示可包含與一前置相機耦合之距離測量系統的一電子裝置。
圖10繪示可包含與一後置相機耦合之距離測量系統的一電子裝置。
100‧‧‧距離測量系統
104‧‧‧成像感測器
105‧‧‧環境
108‧‧‧照明光
110‧‧‧光源
112‧‧‧反射光/光信號
114‧‧‧相機
118‧‧‧控制板
120‧‧‧影像處理器
122‧‧‧直方圖記憶體

Claims (20)

  1. 一種設備,其包括: 一成像感測器,其經組態以執行一距離測量; 一記憶體; 一光源;及 控制電路,其耦合至該成像感測器、該記憶體及該光源,該控制電路經組態以引起來自該光源之一第一光發射及來自該光源之一第二光發射; 其中該成像感測器可操作以偵測因該第一光發射藉由一物體反射而產生之一第一回波且偵測因該第二光發射藉由該物體反射而產生之一第二回波; 其中該控制電路進一步經組態以: 基於該第一回波判定至該物體之一估計距離; 識別該第二回波內之對應於該估計距離之資料; 使用對應於該估計距離之該經識別資料產生一直方圖;及 將該直方圖儲存於該記憶體中。
  2. 如請求項1之設備,其中該控制電路進一步經組態以基於該直方圖計算至該物體之一距離。
  3. 如請求項1之設備,其中該控制電路經組態以: 檢索與該第一光發射相關聯之一非模糊期; 判定偶從該第一光發射起已達到該非模糊期;及 在已達到該非模糊期之後引起該第二光發射。
  4. 如請求項1之設備,其中該第一光發射係一第一光脈衝且該第二光發射係一第二光脈衝,且其中該第一光脈衝比該第二光脈衝長。
  5. 如請求項1之設備,其中在低於該第二光發射之一頻率下調變該第一光發射。
  6. 如請求項1之設備,其中該控制電路進一步經組態以: 檢索對應於該第一光發射與接收到該第一光發射之任何回波之間之最大時間的一時段; 在該時段期間引起來自該光源之複數個光發射;及 在該時段已結束之後引起該光源停止進一步光發射。
  7. 如請求項6之設備,其中該控制電路進一步經組態以依一序列引起該第二光發射及該複數個光發射,其中該序列指示該控制電路將該時段分為複數個時段且其中該序列指示該控制電路在該複數個時段之一些時段期間引起發射而在該複數個時段之其他時段期間未引起該等發射。
  8. 如請求項7之設備,其中: 該影像感測器進一步可操作以偵測包括該複數個光發射之回波之光及來自其他光源之光;及 該控制電路進一步經組態以: 基於該光發射序列識別該複數個光發射之回波;及 基於該光發射序列減去與表示來自該等其他光源之該光之信號相關聯的資料值。
  9. 如請求項7之設備,其中該控制電路進一步經組態以: 將對應於該複數個光發射之回波的資料儲存於一直方圖記憶體中;及 基於該直方圖記憶體中之該資料產生至該物體之距離之一測量值。
  10. 如請求項1之設備,其中該控制電路可操作以藉由執行以下之一或多者而將該直方圖儲存於該記憶體中: 丟棄與不對應於該估計距離的該第二回波之光相關聯之資料;及 丟棄與該第一回波之光相關聯之資料。
  11. 一種方法,其包括: 使用一光源引起一第一光發射及一第二光發射; 使用一成像感測器偵測因該第一光發射藉由一物體反射而產生之一第一回波及因該第二光發射藉由該物體反射而產生之一第二回波; 基於該第一回波判定至該物體之一估計距離; 識別該第二回波內之對應於該估計距離之資料; 使用對應於該估計距離之該經識別資料產生一直方圖;及 將該直方圖儲存於記憶體中。
  12. 如請求項11之方法,其進一步包括基於該直方圖計算至該物體之一距離。
  13. 如請求項11之設備,其進一步包括: 檢索與該第一光發射相關聯之一非模糊期; 判定從該第一光發射起已達到該非模糊期;及 在已達到該非模糊期之後引起該第二光發射。
  14. 如請求項11之方法,其中該第一光發射係一第一光脈衝且該第二光發射係一第二光脈衝,且其中該第一光脈衝比該第二光脈衝長。
  15. 如請求項11之方法,其中在低於該第二光發射之一頻率下調變該第一光發射。
  16. 如請求項11之方法,其進一步包括: 檢索對應於該第一光發射與接收到該第一光發射之任何回波之間之最大時間的一時段; 在該時段期間引起來自該光源之複數個光發射;及 在該時段已結束之後引起該光源停止進一步光發射。
  17. 如請求項16之方法,其進一步包括依一序列引起該第二光發射及該複數個光發射,其中該序列指示該控制電路將該時段分為複數個時段,且其中該序列指示該控制電路在該複數個時段之一些時段期間引起發射而在該複數個時段之其他時段期間未引起該等發射。
  18. 如請求項17之方法,其進一步包括: 使用該成像感測器偵測包括該複數個光發射之回波之光及來自其他光源之光; 基於該光發射序列識別該複數個光發射之回波;及 基於該光發射序列減去與表示來自該等其他光源之該光之信號相關聯的資料值。
  19. 如請求項17之方法,其進一步包括: 將對應於該複數個光發射之回波之資料儲存於一直方圖記憶體中;及 基於該直方圖記憶體中之該資料產生至該物體之距離之一測量值。
  20. 如請求項11之方法,其中將該直方圖儲存於該記憶體中包括: 丟棄與該第二回波之光相關聯之不對應於該估計距離的資料;及 丟棄與該第一回波之光相關聯之資料。
TW108119430A 2018-06-22 2019-06-05 測量一成像感測器與一物體間之一距離的系統及方法 TWI723413B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201862688598P 2018-06-22 2018-06-22
US62/688,598 2018-06-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202001190A true TW202001190A (zh) 2020-01-01
TWI723413B TWI723413B (zh) 2021-04-01

Family

ID=66912775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108119430A TWI723413B (zh) 2018-06-22 2019-06-05 測量一成像感測器與一物體間之一距離的系統及方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11994586B2 (zh)
EP (1) EP3811113A1 (zh)
CN (1) CN112424639B (zh)
TW (1) TWI723413B (zh)
WO (1) WO2019243038A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112255638A (zh) * 2020-09-24 2021-01-22 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量***及方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11885915B2 (en) 2020-03-30 2024-01-30 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Time to digital converter
US11982770B2 (en) * 2020-11-30 2024-05-14 Semiconductor Components Industries, Llc Methods and apparatus for histogramming
US11971505B2 (en) * 2020-11-30 2024-04-30 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Methods and devices for peak signal detection
US11740339B2 (en) * 2021-04-26 2023-08-29 National Tsing Hua University Ranging system
CN113504532B (zh) * 2021-06-11 2024-04-19 深圳市灵明光子科技有限公司 基于直接飞行时间法的光信号发射方法及测距***

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8199248B2 (en) * 2009-01-30 2012-06-12 Sony Corporation Two-dimensional polynomial model for depth estimation based on two-picture matching
US8648702B2 (en) * 2010-08-20 2014-02-11 Denso International America, Inc. Combined time-of-flight and image sensor systems
TWI461656B (zh) 2011-12-01 2014-11-21 Ind Tech Res Inst 距離感測裝置及距離感測方法
WO2014177750A1 (en) * 2013-04-29 2014-11-06 Nokia Corporation A method and apparatus for fusing distance data from a distance sensing camera with an image
WO2014208018A1 (ja) * 2013-06-26 2014-12-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 測距システム
EP2824478B1 (de) * 2013-07-11 2015-05-06 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten in einem Überwachungsbereich
DE102014100696B3 (de) 2014-01-22 2014-12-31 Sick Ag Entfernungsmessender Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
IL233356A (en) 2014-06-24 2015-10-29 Brightway Vision Ltd Sensor-based imaging system with minimum wait time between sensor exposures
GB201413564D0 (en) 2014-07-31 2014-09-17 Stmicroelectronics Res & Dev Time of flight determination
US20160182891A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Google Inc. Integrated Camera System Having Two Dimensional Image Capture and Three Dimensional Time-of-Flight Capture With A Partitioned Field of View
KR102456875B1 (ko) * 2015-03-17 2022-10-19 코넬 유니버시티 심도 촬상 장치, 방법 및 응용
US11328446B2 (en) * 2015-04-15 2022-05-10 Google Llc Combining light-field data with active depth data for depth map generation
US10132616B2 (en) * 2015-04-20 2018-11-20 Samsung Electronics Co., Ltd. CMOS image sensor for 2D imaging and depth measurement with ambient light rejection
US10620300B2 (en) * 2015-08-20 2020-04-14 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction
BR112018010185B1 (pt) 2015-11-23 2023-11-07 Koninklijke Philips N.V. Método para medição de distância, dispositivo para medição de distância e método de servidor provedor
US9997551B2 (en) * 2015-12-20 2018-06-12 Apple Inc. Spad array with pixel-level bias control
EP3185037B1 (en) * 2015-12-23 2020-07-08 STMicroelectronics (Research & Development) Limited Depth imaging system
US10582121B2 (en) * 2016-01-12 2020-03-03 Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. System and method for fusing outputs of sensors having different resolutions
EP3232224B1 (de) * 2016-04-12 2018-06-13 Sick Ag Entfernungsmessender optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung und abstandsbestimmung von objekten
US20170353649A1 (en) * 2016-06-07 2017-12-07 Stmicroelectronics, Inc. Time of flight ranging for flash control in image capture devices
US10165168B2 (en) * 2016-07-29 2018-12-25 Microsoft Technology Licensing, Llc Model-based classification of ambiguous depth image data
US11320514B2 (en) * 2016-08-12 2022-05-03 Fastree3D Sa Method and device for measuring a distance to a target in a multi-user environment by means of at least one detector
US10866321B2 (en) * 2016-09-01 2020-12-15 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging device
US20180081041A1 (en) * 2016-09-22 2018-03-22 Apple Inc. LiDAR with irregular pulse sequence
EP3526625A1 (en) * 2016-11-01 2019-08-21 Fastree3D SA Method and device for measuring a distance to a target in a multi-user environment using at least two wavelengths
US10275610B2 (en) * 2016-11-28 2019-04-30 Stmicroelectronics, Inc. Time of flight sensing for providing security and power savings in electronic devices
US10416293B2 (en) * 2016-12-12 2019-09-17 Sensl Technologies Ltd. Histogram readout method and circuit for determining the time of flight of a photon
GB201622429D0 (en) 2016-12-30 2017-02-15 Univ Court Of The Univ Of Edinburgh The Photon sensor apparatus
CN106772431B (zh) * 2017-01-23 2019-09-20 杭州蓝芯科技有限公司 一种结合tof技术和双目视觉的深度信息获取装置及其方法
US10419741B2 (en) * 2017-02-24 2019-09-17 Analog Devices Global Unlimited Company Systems and methods for compression of three dimensional depth sensing
US10884126B2 (en) * 2017-03-01 2021-01-05 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
EP3382419A1 (en) * 2017-03-27 2018-10-03 Melexis Technologies SA Method and apparatus for echo detection
WO2019005260A1 (en) * 2017-06-29 2019-01-03 Apple Inc. FLIGHT TIME DEPTH MAPPING WITH PARALLAX COMPENSATION
US10754033B2 (en) * 2017-06-30 2020-08-25 Waymo Llc Light detection and ranging (LIDAR) device range aliasing resilience by multiple hypotheses
DE102017115710A1 (de) * 2017-07-12 2019-02-07 Airbus Defence and Space GmbH LIDAR-Anordnung und LIDAR-Verfahren
US10627492B2 (en) * 2017-08-01 2020-04-21 Waymo Llc Use of extended detection periods for range aliasing detection and mitigation in a light detection and ranging (LIDAR) system
US11579298B2 (en) * 2017-09-20 2023-02-14 Yujin Robot Co., Ltd. Hybrid sensor and compact Lidar sensor
JP7109906B2 (ja) * 2017-11-14 2022-08-01 シャープ株式会社 光センサ及び電子機器
US11747452B2 (en) * 2017-11-22 2023-09-05 Sony Semiconductor Solutions Corporation Distance measuring device
US11662433B2 (en) * 2017-12-22 2023-05-30 Denso Corporation Distance measuring apparatus, recognizing apparatus, and distance measuring method
US11579291B2 (en) * 2017-12-27 2023-02-14 Ams Sensors Singapore Pte. Ltd. Optical ranging system having multi-mode operation using short and long pulses
DE102018201220A1 (de) * 2018-01-26 2019-08-01 Osram Gmbh Abstandsdetektionssystem, Verfahren für ein Abstandsdetektionssystem und Fahrzeug
EP3732501A4 (en) * 2018-02-13 2021-08-25 Sense Photonics, Inc. PROCESSES AND SYSTEMS FOR HIGH-RESOLUTION FLASH LIDAR WITH LARGE RANGE
US10996323B2 (en) * 2018-02-22 2021-05-04 Stmicroelectronics (Research & Development) Limited Time-of-flight imaging device, system and method
WO2019219687A1 (en) * 2018-05-14 2019-11-21 Ams International Ag Using time-of-flight techniques for stereoscopic image processing
US20200003900A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Perceptive Inc. Systems and methods for measuring characteristics of an object at distance
US11609313B2 (en) * 2018-07-31 2023-03-21 Waymo Llc Hybrid time-of-flight and imager module
GB2579689A (en) * 2018-08-07 2020-07-01 Cambridge Mechatronics Ltd Improved 3D sensing
US11513197B2 (en) * 2018-10-15 2022-11-29 Leica Geosystems Ag Multiple-pulses-in-air laser scanning system with ambiguity resolution based on range probing and 3D point analysis
JP6970703B2 (ja) * 2019-03-18 2021-11-24 株式会社東芝 電子装置および方法
EP3730967B1 (en) * 2019-04-23 2023-05-31 Melexis Technologies NV Method of generating a time domain echo waveform and electromagnetic radiation echo waveform generation system
WO2020237448A1 (zh) * 2019-05-24 2020-12-03 华为技术有限公司 回波信号处理方法、装置、***及存储介质

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112255638A (zh) * 2020-09-24 2021-01-22 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量***及方法
CN112255638B (zh) * 2020-09-24 2024-05-03 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019243038A1 (en) 2019-12-26
CN112424639B (zh) 2024-05-28
CN112424639A (zh) 2021-02-26
EP3811113A1 (en) 2021-04-28
TWI723413B (zh) 2021-04-01
US11994586B2 (en) 2024-05-28
US20210199802A1 (en) 2021-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI723413B (zh) 測量一成像感測器與一物體間之一距離的系統及方法
US11320514B2 (en) Method and device for measuring a distance to a target in a multi-user environment by means of at least one detector
EP2729826B1 (en) Improvements in or relating to the processing of time-of-flight signals
US9417326B2 (en) Pulsed light optical rangefinder
JP6788737B2 (ja) 光センサ及び電子機器
US20220082698A1 (en) Depth camera and multi-frequency modulation and demodulation-based noise-reduction distance measurement method
EP2955544A1 (en) A TOF camera system and a method for measuring a distance with the system
WO2022160611A1 (zh) 一种基于时间融合的距离测量方法、***和设备
US9922427B2 (en) Time-of-flight camera with location sensor system
CN108594254A (zh) 一种提高tof激光成像雷达测距精度的方法
CN110221272A (zh) 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法
US20220043129A1 (en) Time flight depth camera and multi-frequency modulation and demodulation distance measuring method
US20170003382A1 (en) Method of preparing histograms of a sensor signal from an array of sensors, in particular proximity sensors, and corresponding device
US10705212B2 (en) Optical sensor and electronic device
US20220252730A1 (en) Time-of-flight imaging apparatus and time-of-flight imaging method
US11561291B2 (en) High pulse repetition frequency lidar
WO2020049126A1 (en) Time of flight apparatus and method
US11914039B2 (en) Range finding device and range finding method
CN111522024B (zh) 解决多路径损坏的图像处理***、方法和成像设备
US11585936B2 (en) Range imaging camera and range imaging method
WO2022160622A1 (zh) 一种距离测量方法、装置及***
WO2020223982A1 (zh) 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法
WO2020223980A1 (zh) 时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法
RU2626973C1 (ru) Оптическое устройство для определения расстояний до объекта