[發(fā)明專利]根據(jù)間接飛行時間距離計算技術(shù)計算相位角的間接飛行時間距離計算裝置和方法

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• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112630790A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·奧特
• 申請（專利權(quán)）人: 邁來芯科技有限公司
• 主分類號: G01S17/32
• 分類號: G01S17/32;G01S7/4915
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陳潔;黃嵩泉

根據(jù)間接飛行時間距離計算技術(shù)計算相位角的間接飛行時間距離計算裝置和方法。間接飛行時間距離計算裝置包括光源、光子混合器單元，后者生成分別對應(yīng)于第一多個預(yù)定相位值的多個輸出信號。還提供信號處理電路以處理第一多個電輸出信號來計算第一向量和從該第一向量計算第一角度。光子混合器生成對應(yīng)于第二多個預(yù)定相位值的第二多個電輸出信號。第二多個預(yù)定相位值中的每個相位值分別相對于該第一多個預(yù)定相位值中的每一個相位值偏移預(yù)定相位偏移值。信號處理電路處理第二多個電輸出信號以計算第二向量，并在將第二角度相對于第一角度偏移之前去旋轉(zhuǎn)所計算的第二向量并從經(jīng)去旋轉(zhuǎn)的第二向量計算該第二角度，以生成用于計算距離的經(jīng)校正輸出角度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種間接飛行時間距離計算裝置，該裝置具有例如，采用相位延遲來索引測量的類型。本發(fā)明還涉及根據(jù)間接飛行時間技術(shù)計算相位角的方法，該方法具有例如，采用相位延遲來索引測量的類型。

背景技術(shù)

在所謂的飛行時間感測系統(tǒng)和其他系統(tǒng)(例如游戲機視覺系統(tǒng))中，已知采用照明源來照亮在照明源的視場內(nèi)的周圍環(huán)境(有時被稱為“場景”)，并且處理由該場景的特征反射的光。此類所謂的LiDAR(光檢測和測距)系統(tǒng)使用照明源利用光照明場景，并且使用檢測設(shè)備(例如光電二極管陣列、一些光學(xué)元件和處理單元)檢測從場景中的對象反射的光。從場景中的對象反射的光由檢測設(shè)備接收并且被轉(zhuǎn)換成電信號，然后由處理單元通過應(yīng)用飛行時間(ToF)計算來處理該電信號，以便確定該對象與該檢測設(shè)備的距離。盡管已知不同種類的LiDAR系統(tǒng)基于不同的操作原理，但此類系統(tǒng)基本上是照亮場景并檢測反射光。

在這方面，所謂的“閃光LiDAR”技術(shù)是一種直接ToF測距技術(shù)，該技術(shù)采用光源，該光源發(fā)射隨后被場景的特征反射并且被檢測器設(shè)備檢測的光脈沖。在此類技術(shù)中，直接使用光脈沖往返于反射特征并且返回到檢測器設(shè)備的測量時間來計算到反射特征的距離。在時域中以非常高的采樣率對入射到檢測器設(shè)備上的光脈沖進行采樣。因此，實現(xiàn)此類技術(shù)的處理電路中的信號路徑需要信號的高帶寬以及大的硅“基板面”，即此類實現(xiàn)方式需要硅片上相對大的面積，這反過來限制了集成電路上可以支持的信道的數(shù)量。因此，此類閃光LiDAR傳感器可以支持的信道的實際空間數(shù)量通常低于100。為了克服該限制，實現(xiàn)需要移動部件的機械掃描系統(tǒng)。

另一個已知的LiDAR系統(tǒng)采用所謂的“間接飛行時間”(iToF)測距技術(shù)，iTOF系統(tǒng)發(fā)射連續(xù)波光信號，并且該連續(xù)波光信號的反射被檢測器設(shè)備接收和分析。獲取從場景的特征反射的光的多個樣本(例如四個樣本)，每個樣本被相位步進，例如90°。使用該照明和采樣方法，可以確定照明和反射之間的相位角，并且所確定的相位角可以用于確定到場景的反射特征的距離。

在iToF系統(tǒng)中，高頻信號處理(解調(diào))發(fā)生在像素級，因此在同一芯片上集成大量像素所需的信號帶寬后像素較低。因此，與直接ToF系統(tǒng)相比，iToF系統(tǒng)可以支持更大量的信道，因此空間分辨率更高。然而，iToF系統(tǒng)具有有限的距離測量能力。在這方面，為了實現(xiàn)低隨機距離測量誤差，iToF系統(tǒng)需要高調(diào)制頻率，這反過來又降低了可以明確測量的距離范圍。例如，100MHz調(diào)制頻率導(dǎo)致近似1.5m的明確測量范圍。此外，傳統(tǒng)的iToF系統(tǒng)容易受到由于多個反射和多個傳播路徑引起的誤差的影響。

如上文所解釋的，iToF系統(tǒng)關(guān)于不同的施加相位進行采樣。典型的iToF系統(tǒng)包括緩沖器，該緩沖器存儲由所謂的光子混合器設(shè)備生成的關(guān)于用于隨后的信號處理的m個相位的模擬信號。離散傅里葉變換單元依據(jù)信號的同相分量和正交分量來計算由緩沖器存儲的復(fù)信號的基頻。使用同相分量和正交分量的值，可以計算復(fù)信號的相位角和振幅，并且可以使用相位角信息求解到對象的距離。