飛行時間傳感器裝倉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對于來自飛行時間傳感器的圖像的處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為本領(lǐng)域廣泛了解的飛行時間傳感器，其被用于確定從傳感器到對象的距 離。飛行時間傳感器通過檢測對象表面的反射光來操作，其中從與傳感器大體共同定位 (co-located)的照明器發(fā)射光。使用飛行時間傳感器，處理設(shè)備可以確定從光源發(fā)射出且 從對象反射回到傳感器的光的往返傳播時間。借助該信息，并且結(jié)合光速（常數(shù)c)的知識， 處理設(shè)備可以確定對象的距離。
[0003] 對于任意給出的飛行時間傳感器的物理區(qū)域，在光敏感度和圖像分辨率之間存在 基本的權(quán)衡（tradeoff)。較小像素通過允許在給定區(qū)域內(nèi)比較大像素更多的像素而提供更 高的分辨率。然而，由于較大像素的區(qū)域增加的優(yōu)點，與較小像素相比，所述較大像素會對 光（具體地，來自感興趣的對象反射的照明器的光）更敏感，并且提供增強的光檢測和更大 的信號輸出。
[0004] 當(dāng)前，對于使用較小像素提供充足的光檢測的解決方案僅僅涉及增加光照明器的 輸出，從而提供了由像素檢測高敏感度的反射光。另一種解決方案涉及限制像素可以小到 一定程度，其進而限制圖像的分辨率，或可替換地，要求飛行時間傳感器的非常大的物理區(qū) 域。然而，考慮到移動設(shè)備和其他無線或手提設(shè)備的普及，將具有高分辨率特征的較低光照 明器輸出功率與較小的傳感器占用空間相結(jié)合的靈活的解決方案是期望的，從而除了其他 改進之外，節(jié)約了電池功率且最大化性能，同時保持了可用的傳感器占用空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 依照各種實施例，利用飛行時間傳感器的裝置可以自適應(yīng)地且動態(tài)地根據(jù)給出場 景的需要調(diào)節(jié)照明器的功率輸出和圖像的分辨率。使用該裝置，飛行時間設(shè)備是靈活的，從 而使其能夠在適當(dāng)?shù)臅r候，通過降低照明器的功率輸出來降低功率消耗，同時保持增加的 圖像分辨率。
【附圖說明】
[0006] 圖1是根據(jù)各種實施例的飛行時間裝置的方框圖；
[0007] 圖2是表示根據(jù)各種實施例的飛行時間傳感器的操作的信號圖；
[0008] 圖3根據(jù)至少一個實施例示出深度圖創(chuàng)造過程的簡化示圖；
[0009] 圖4根據(jù)至少一個實施例示出裝倉的（binned)飛行時間傳感器示例；
[0010] 圖5根據(jù)各種實施例示出像素裝倉的示例方式；
[0011] 圖6根據(jù)各種實施例示出像素裝倉的另一個示例方式；
[0012] 圖7根據(jù)各種實施例示出像素裝倉的又一個示例方式；
[0013] 圖8根據(jù)各種實施例示出裝倉的深度圖創(chuàng)造過程的簡化示圖；
[0014] 圖9根據(jù)各種實施例示出飛行時間傳感器的使用的示例方法；和
[0015] 圖10根據(jù)各種實施例示出圖9的方法的另一示例方面。
【具體實施方式】
[0016] 圖1根據(jù)各種實施例示出飛行時間裝置100。裝置100包括至少一個處理設(shè)備102 和至少一個可操作地耦合到處理設(shè)備102的照明器104,和至少一個可操作地耦合到處理 設(shè)備102的飛行時間圖像傳感器106。照明器104和飛行時間傳感器106可以配備有或被 耦合到各種光學(xué)元件108和110,諸如，透鏡、棱鏡等等。例如，照明器104可以配備有透鏡 108,以影響發(fā)射光112的發(fā)散或聚焦，或僅僅配備有透明的或半透明的膜，以保護照明器 104。此外，飛行時間傳感器106可以以與許多傳統(tǒng)的數(shù)碼相機的圖像傳感器相同的方法被 配置為接收通過一個或多個透鏡110的入射光114,以聚焦傳感器106上的圖像。
[0017] 處理設(shè)備102包括至少場景分析模塊116和裝倉方式配置模塊118,處理設(shè)備的操 作在此被進一步描述。依據(jù)其他方法，處理設(shè)備102還可以包括其他模塊，諸如環(huán)境光分析 模塊120。
[0018] 在操作中，裝置100被配置為生成深度圖框架312、810(見圖3和8)，與飛行時間 感測和/或成像，或與其他用途相稱。雖然深度圖框架312、810可用許多方式生成，但是飛 行時間傳感器106通常本著如下原則操作，即如果物品、物體或現(xiàn)象（例如，質(zhì)子或光）的 速度已知，并且需要傳播的距離所需要的時間已知，那么到被檢測的對象122的表面的距 離可以被計算。在這種情況下，光速已知（常數(shù)c，大約300, 000, 000米/秒）并且光傳播 從照明器104到檢測的對象122并且返回到傳感器106所需的時間可被測量。雖然照明器 104和傳感器106未必需要被共同定位（或與對象122的距離相比近似被共同定位），但是 如果被共同定位，那么該距離僅僅是往返行程的測量的總距離的一半。
[0019] 在公開的實施例中，通過被利用的照明器104可以發(fā)射各種類型的的光，所述光 包括紅外（IR)線、可見光譜的光、或紫外線。依據(jù)其他實施例，其他形式的電磁輻射可以被 利用，其包括無線電波、微波、X射線、和伽馬射線或它們的任意組合。紅外線是最常用的， 因為其對人不可見，可以相對便宜地產(chǎn)生（produce)，并且其性能與可見光相似。因此，在該 公開中假設(shè)使用紅外線，其作為非限制性示例用于描述和廣泛適用的目的。
[0020] 照明器104可以包括各種已知的和未知的光發(fā)射器，諸如發(fā)光二極管（LED)、激 光、精密的白熾燈、快門光源和其他精密的光源。在一些情況中，LED可以理想地適用為照 明器104,因為它的光發(fā)射開始和結(jié)束時間可以被高精度控制，以產(chǎn)生嚴格定義的光112的 脈沖，其可以有助于測量的精密度。而且，LED提供高效的解決方案，因為照明器輸出功率 比輸入電功率高。
[0021] 在一個實施例中，基于以下方程，對于飛行時間傳感器106的每個像素，深度z可 以被計算或估算：
[0023] 其中c是光速，Φ是檢測的光脈沖114相對于發(fā)射光脈沖112 (emitted pulse of light)的角相位，而f是發(fā)射光112的調(diào)制頻率。在該配置中，可以容易的被檢測的最大距 離由以下方程確定： CN 105190426 A 說明書 3/11 頁
[0025] 任何超過該最大距離的距離可以導(dǎo)致檢測失敗或混亂，如果距離太遠，反射光脈 沖114(reflected pulse of light)在下一個傳感器讀取周期期間到達傳感器106。然而， 應(yīng)當(dāng)注意的是，通過利用涉及改變發(fā)射光脈沖112的頻率或周期的技術(shù)，混淆問題可以被 減輕或適應(yīng)，從而使得裝置100可以確定其檢測的是哪個出射脈沖（即，目前發(fā)射的或剛發(fā) 出的、或先前的脈沖、或比那個更先前的脈沖）。然而，還應(yīng)注意的是，檢測對象122離照明 器104和傳感器106越遠，反射光脈沖114的功率將會更弱，直到其中由于噪音而損失或僅 僅就是太弱而以至于給出裝置100可能不能夠檢測到反射光脈沖114的點。
[0026] 圖2提供飛行時間裝置100的示例操作的基于信號的表示。如上所述，頂部信號 表示出射的發(fā)射光脈沖112。出射的發(fā)射光脈沖112以頻率f被發(fā)射，當(dāng)在圖2的基于時間 的范圍內(nèi)描述時，f用它的脈沖的寬度周期T表示，即T= Ι/f。發(fā)射光的脈沖可以在時間 仁后被重發(fā)。第二信號表示在飛行時間傳感器106的像素處接收的反射光脈沖114。如圖 2中所示，反射光脈沖114與發(fā)射光脈沖112相比，延遲了發(fā)射光脈沖112的周期T的角相 位Φ。作為示例，圖2將相位Φ顯示為約為225° (即，八分之五），其意味著反射光脈沖 114在光112相同的脈沖被發(fā)射期間，通過大約八分之五的周期T，開始第一次撞擊（hit) 傳感器106。
[0027] -種確定反射光脈沖114的相位Φ的方法是，利用每個像素內(nèi)的兩個圖素，被稱 為圖素 X和圖素 Y。圖素在不同時間片段期間，分別測量在像素上接收的光。如圖2中所示， 例如，圖素 X在相同的周期T期間是活躍的（active)，在這期間，反射光的脈沖被發(fā)射。在 周期T的末端，圖素 X可以不繼續(xù)測量接收的光，而在相同的時間，圖素 Y可以開始測量接 收的光。圖素 Y可以使測量持續(xù)與圖素 X相同的時間周期T。當(dāng)來自反射光脈沖114的光 子撞擊每個圖素時，它們每個將在圖素分別使能以測量反射光脈沖的時刻期間，將分別建 立且儲存電荷202。在圖素 X處生成的電荷202用線X。。表示，而在圖素 Y生成的電荷202 用線y<r表示。在圖素 X活躍的時間期間，當(dāng)反射光脈沖Π 4開始遇到像素時，圖素 X將隨 著更多的光子繼續(xù)被收集在圖素 X內(nèi)而建立電荷X(r。當(dāng)圖素 X被激活時，在反射光脈沖 114遇到圖素 X的時刻期間，這被線X。。的正斜率所表示。同樣地，當(dāng)圖素 Y變得活躍時，其 將生成并儲存電荷y<r，如同在當(dāng)圖素 Y被激活的時刻期間，在反射光脈沖114遇到圖素 Y 時，由線y<r的正斜率所表示的一樣。在測量持續(xù)時間完成后，電荷￥和y<r可以被收集并 且被轉(zhuǎn)換為將被處理設(shè)備102處理的數(shù)字信號。相對的電荷X。。和y。。被用于計算反射光脈 沖114的相位Φ。
[0028] 應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然兩個圖素 X和Y被描述，但是其他配置也是可能的。例如，可 以利用采用快速切換門布置的單一圖素，其在它們各自的時間期間，將累積電荷202儲存 到兩個單獨的電荷井或電荷庫內(nèi)，一個儲存電荷X。。，表示其中"圖素 X"活躍的時刻，而另 一個儲存電荷y<r，表示其中"圖素 Y"活躍的時刻。
[0029] 繼續(xù)參考圖2,依據(jù)一些實施例，跨越多個測量周期相位P，來獲取反射光脈沖的 相位測量是有益的，其中圖素 X和Y的活躍時刻的角相位0被各種量轉(zhuǎn)換（shift)。例如， 如圖2中所描述，顯示了四個等間距的相位巧測量周期，一個在貧=故，一個在夢=，一個 在爐二180%而一個在聲=2:7(Τ，但是通過改變測量周期的數(shù)目和相位貨的許多其他配置也 是可能的。這四個描述的相位測量周期表示四次不同的時間測量四個不同的反射光脈沖 114,但是為了簡化，相對于單一發(fā)射和反射光脈沖114進行描述。對于每個相位於的測量 周期