[發明專利]調整飛行時間(TOF)測量系統的操作參數的方法

有效

• 申請號: 201310646288.5
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103852067B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 東翼·古
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司11287
• 代理人: 林斯凱

技術領域

本發明的技術領域為飛行時間傳感器系統。

背景技術

從真實環境采集3D幾何信息是計算機繪圖中的許多應用的基本任務。例如虛擬及增廣的環境以及人機交互(例如，針對游戲)的突出實例清楚地受益于用于實時范圍圖像采集的簡單且準確裝置。然而，甚至針對靜態場景，不存在實時提供全范圍、高分辨率距離信息的低價現成系統。激光三角測量技術(其僅借助單個激光裝置逐行對場景取樣)相當耗時且因此針對動態場景不實用。立體視覺攝像機系統不具有匹配同質對象區域中的對應物的能力。

在用于高精確度距離測量的LIDAR(光檢測與測距)掃描儀中使用基于測量照明單元所發射的光行進到對象且返回到檢測器所需的時間的飛行時間(ToF)技術。最近，此原理已成為開發在標準CMOS或CCD技術中實現的新的范圍感測裝置(所謂的ToF攝像機)的基礎；在攝影測量法的背景中，ToF攝像機也稱為范圍成像(RIM)傳感器。不同于其它3D系統，ToF攝像機為已實現實時距離采集所期望的大多數上文所述的特征的非常緊湊裝置。當前在ToF技術中采用兩種主要方法。第一種方法利用經調制非相干光且基于相位測量。第二種方法基于首先用于攝影棚用攝像機且稍后針對小型攝像機開發的光學快門技術。

在近三年內，在ToF攝像機的背景中研究活動的數目已急劇增加。盡管初始研究集中于更基本問題(如傳感器特性及用于采集靜態場景的ToF攝像機的應用)，但最近其它應用領域已成為焦點，例如，人機交互及監控。

可通過可感測并分析車輛內部及外部的動態3D環境的數字信號處理器啟用各種安全性增強的汽車特征。安全特征可包含碰撞警告與避免、智能空氣囊部署、障礙物檢測(例如倒車警告)及停車輔助。對這些應用來說，共同的是需要檢測、隔離、測量、定位、識別及追蹤對象(例如人、交通及路邊特征)。

經常提出使用常規2D成像傳感器及分析軟件執行這些任務，但在所有車輛使用情境期間實現成本效益及可靠性能為可怕挑戰。對象在2D圖像中的顯現取決于照明條件、表面材料及對象定向極大地變化。圖像的這些變化使軟件必須解釋場景的任務復雜化。另一方面，對象的3D形狀不隨那些混淆效應變化。

基于立體視覺的3D恢復在計算上為復雜的且在未經圖案化表面上失敗。類似地提出RADAR、超聲波、掃描LADAR及其它測距技術，但其由于有限時間或角度分辨率而具有辨別對象上的困難；此外，每一安全功能對專門傳感器的需要造成系統集成挑戰。單個高幀速率焦點平面陣列3D傳感器為合意的，這是因為其可同時提供多個安全且便利功能，從而允許應用聯合利用動態場景中的形狀及外觀信息。傳感器的輸出應為2D像素值陣列序列，其中每一像素值描述亮度及場景的表面上的3D點的笛卡爾X、Y、Z坐標。

不斷成長的政府立法、增加的責任關注度及對改進的安全性的必然消費者期望使得引入新的安全特征成為汽車制造商的高度優先選擇。當今，各種感測技術在以下方面發揮關鍵作用：提供這些特征、在如停車輔助等應用中檢測車輛內部及外部兩者的條件、自適應巡航控制及預撞擊碰撞減輕。這些應用中的每一者由通常提供測距功能或對象識別功能的獨特定制技術(例如，超聲波、RADAR、LADAR、數字圖像感測等)表征。

對在多種不同技術中投資的需要使得視需要盡快或盡可能廣泛地部署個別安全特征具挑戰性。

未來應用造成甚至更多困難，這是因為必須在單個車輛中提供多個特征。此外，事實上對汽車制造商的路標(例如，在歐洲及日本計劃的行人檢測)的所有新的感測應用需要測距及對象識別功能兩者。組合兩種不一致技術來實現此任務(例如RADAR及數字圖像感測)為昂貴的、難以實施且造成額外無效開發問題。

使用視覺通過提供靜態或動態乘員分類及位置感測而對空氣囊系統賦予添加的辨別等級。此外，在機艙內部添加視覺系統實現其它增值應用，例如被遺棄的嬰兒/寵物檢測、個性化及安全性。車外部的基于視覺的感測的應用為盲點檢測、車輛車道偏離、后視安全性、圍繞車輛的其它車輛的接近以及離開路面及重設備接近感測。視覺傳感器的益處為兩倍的。其提供增強的視覺反饋以幫助駕駛員操作車輛。但更重要的是，當視覺傳感器還提供范圍數據時，其提供先進算法所必需的信息以實現更高級辨別及對對象運動動態的更準確分析。舉例來說，借助此些傳感器，系統可使用坐在前座中的人與大箱子的形狀差異來部署空氣囊或不部署空氣囊。

除深度值之外，ToF攝像機還提供表示從特定點往回發送的光的量的強度值。