[發明專利]雙頻飛行時間三維圖像傳感器及測量對象深度的方法

在審

• 申請號: 201910098991.4
• 申請日: 2019-01-31
• 公開（公告）號: CN110133671A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 托馬斯·圖爾納
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01S17/08
• 分類號: G01S17/08;G01S7/48
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;杜誠

公開了一種雙頻飛行時間三維圖像傳感器及測量對象深度的方法。三維圖像系統包括：調制器，其被配置成生成具有預定頻率差的第一調制信號和第二調制信號；照明源，其被配置成生成由第一調制信號調制的光信號；以及由第二調制信號調制的像素陣列。像素陣列中的至少一個像素被配置成接收反射的調制的光信號并且基于在不同的獲取時間處進行的多個圖像獲取來生成多個測量信號?？刂破鞅慌渲贸桑和ㄟ^將第一調制頻率和第二調制頻率設置成具有大于零的預定頻率差來控制第一調制信號與第二調制信號之間的相位差；以及基于多個測量信號計算對象的深度，該深度是從3DI系統到對象的距離。

技術領域

本公開內容總體上涉及與三維圖像(3DI)傳感器相關的裝置及方法，并且更具體地涉及利用雙頻原理來測量對象深度的裝置及方法。

背景技術

間接飛行時間(ToF)三維圖像(3DI)圖像傳感器是基于用于場景照明的連續調制的光，以及在積分階段期間在像素級上對接收的光的解調。通過計算來自若干圖像獲取的像素值來獲得深度信息，該若干圖像獲取具有光發射與像素調制之間的預定義且恒定的相位階躍。例如，可以使用具有0°/90°/180°/270°的分立(全等)相位差的四個深度圖像來估計每個像素的深度值。然而，因為這些相位差必須全等，所以系統缺乏靈活性。

鑒于照明和像素調制中與理想信號波形的偏差與這些預定義的相位階躍相組合導致系統誤差分量——所謂的擺動誤差——其至少需要在相機組件處利用電子校準盒計算，這會導致制造商的時間和費用兩者成本的增加。此外，測量準確度受使用的相位階躍的數量以及預配置的擺動校準的限制。在對隨后的深度估計進行大量的計算的情況下，高速3D深度測量也是不可能的，因為通常使用至少四個幀讀數。此外，需要復雜的相移器來保持高度精確的、不改變的相位階躍，這導致3DI傳感器專用集成電路(ASIC)的復雜性和工作量增加。

因此，可以期望簡化工作量、允許高測量準確度或高測量速率以及降低ToF 3DI相機和傳感器芯片的成本的深度測量進程。

發明內容

提供了用于利用飛行時間(ToF)三維圖像(3DI)相機和傳感器來測量對象的深度的系統、裝置和方法。

一個或更多個實施方式提供一種3DI系統，該3DI系統包括：調制器，其被配置成生成具有第一調制頻率的第一調制信號和具有第二調制頻率的第二調制信號；照明源，其被配置成基于第一調制信號生成調制的光信號；傳感器核，其包括由第二調制信號調制的像素陣列，其中，像素陣列中的至少一個像素被配置成接收從對象反射的調制的光信號作為反射的調制的光信號并且在圖像獲取期間利用第二調制信號來對反射的調制的光信號進行解調以生成測量信號，其中，至少一個像素被配置成基于在不同的獲取時間處進行的多個圖像獲取來生成多個測量信號；以及控制單元，其包括至少一個處理器。該控制單元被配置成：通過將第一調制頻率和第二調制頻率設置為具有大于零的預定頻率差來控制第一調制信號與第二調制信號之間的相位差；控制傳感器核以在不同的獲取時間處啟動多個圖像獲取；接收多個測量信號，以及基于多個測量信號計算對象的深度，其中，深度是從3DI系統到對象的距離。

一個或更多個實施方式提供一種通過三維圖像(3DI)系統來測量對象的深度的方法。該方法包括：生成具有第一調制頻率的第一調制信號；生成具有第二調制頻率的第二調制信號；基于第一調制信號生成調制的光信號；通過第二調制信號調制像素陣列；基于像素陣列中的至少一個像素接收從對象反射的調制的光信號作為反射的調制的光信號，基于在不同的獲取時間處進行的多個圖像獲取來生成多個測量信號；通過將第一調制頻率和第二調制頻率設置為具有大于零的預定頻率差來控制第一調制信號與第二調制信號之間的相位差；在不同的獲取時間處啟動多個圖像獲?。唤邮斩鄠€測量信號；以及基于多個測量信號計算對象的深度，其中，該深度是從3DI系統到對象的距離。

附圖說明

在本文中參照附圖描述實施方式。

圖1示出了圖像獲取的圖像獲取時間的示例；