飛行時(shí)間(tof)測(cè)量系統(tǒng)中的干擾抑制的方法
【專利摘要】本申請(qǐng)案涉及一種飛行時(shí)間TOF測(cè)量系統(tǒng)中的干擾抑制的方法。本發(fā)明揭示一種通過測(cè)量干擾紅外照明頻率及動(dòng)態(tài)地調(diào)整飛行時(shí)間傳感器系統(tǒng)的照明紅外頻率而通過自適應(yīng)性地調(diào)整所述TOF傳感器的所述紅外照明頻率來消除來自所述TOF傳感器的鄰近頻率干擾而移除所述干擾的方法。
【專利說明】飛行時(shí)間(TOF)測(cè)量系統(tǒng)中的干擾抑制的方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】為飛行時(shí)間傳感器干擾抑制。
【背景技術(shù)】
[0002]從真實(shí)環(huán)境采集3D幾何信息是計(jì)算機(jī)繪圖中的許多應(yīng)用的基本任務(wù)。例如虛擬及增廣的環(huán)境以及人機(jī)交互(例如，針對(duì)游戲)的突出實(shí)例清楚地受益于用于實(shí)時(shí)范圍圖像采集的簡(jiǎn)單且準(zhǔn)確裝置。然而，甚至針對(duì)靜態(tài)場(chǎng)景，不存在實(shí)時(shí)提供全范圍、高分辨率距離信息的低價(jià)現(xiàn)成系統(tǒng)。激光三角測(cè)量技術(shù)(其僅借助單個(gè)激光裝置逐行對(duì)場(chǎng)景取樣)相當(dāng)耗時(shí)且因此針對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景不實(shí)用。立體視覺攝像機(jī)系統(tǒng)不具有匹配同質(zhì)對(duì)象區(qū)域中的對(duì)應(yīng)物的能力。
[0003]在用于高精確度距離測(cè)量的LIDAR(光檢測(cè)與測(cè)距)掃描儀中使用基于測(cè)量照明單元所發(fā)射的光行進(jìn)到對(duì)象且返回到檢測(cè)器所需的時(shí)間的飛行時(shí)間(ToF)技術(shù)。最近，此原理已成為開發(fā)在標(biāo)準(zhǔn)CMOS或CCD技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的新的范圍感測(cè)裝置(所謂的ToF攝像機(jī))的基礎(chǔ)；在攝影測(cè)量法的背景中，ToF攝像機(jī)也稱為范圍成像(RM)傳感器。不同于其它3D系統(tǒng)，ToF攝像機(jī)為已實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)距離采集所期望的大多數(shù)上文所述的特征的非常緊湊裝置。當(dāng)前在ToF技術(shù)中采用兩種主要方法。第一種方法利用經(jīng)調(diào)制非相干光且基于相位測(cè)量。第二種方法基于首先用于攝影棚用攝像機(jī)且稍后針對(duì)小型攝像機(jī)開發(fā)的光學(xué)快門技術(shù)。
[0004]在近三年內(nèi)，在ToF攝像機(jī)的背景中研究活動(dòng)的數(shù)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(tài)場(chǎng)景的ToF攝像機(jī)的應(yīng)用)，但最近其它應(yīng)用領(lǐng)域已成為焦點(diǎn)，例如，人機(jī)交互及監(jiān)控。
[0005]可通過可感測(cè)并分析車輛內(nèi)部及外部的動(dòng)態(tài)3D環(huán)境的數(shù)字信號(hào)處理器啟用各種安全性增強(qiáng)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(cè)(例如倒車警告)及停車輔助。對(duì)這些應(yīng)用來說，共同的是需要檢測(cè)、隔離、測(cè)量、定位、識(shí)別及追蹤對(duì)象(例如人、交通及路邊特征)。
[0006]經(jīng)常提出使用常規(guī)2D成像傳感器及分析軟件執(zhí)行這些任務(wù)，但在所有車輛使用情境期間實(shí)現(xiàn)成本效益及可靠性能為可怕挑戰(zhàn)。對(duì)象在2D圖像中的顯現(xiàn)取決于照明條件、表面材料及對(duì)象定向極大地變化。圖像的這些變化使軟件必須解釋場(chǎng)景的任務(wù)復(fù)雜化。另一方面，對(duì)象的3D形狀不隨那些混淆效應(yīng)變化。
[0007]基于立體視覺的3D恢復(fù)在計(jì)算上為復(fù)雜的且在未經(jīng)圖案化表面上失敗。類似地提出RADAR、超聲波、掃描LADAR及其它測(cè)距技術(shù)，但其由于有限時(shí)間或角度分辨率而具有辨別對(duì)象上的困難；此外，每一安全功能對(duì)專門傳感器的需要造成系統(tǒng)集成挑戰(zhàn)。單個(gè)高幀速率焦點(diǎn)平面陣列3D傳感器為合意的，這是因?yàn)槠淇赏瑫r(shí)提供多個(gè)安全且便利功能，從而允許應(yīng)用聯(lián)合利用動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的形狀及外觀信息。傳感器的輸出應(yīng)為2D像素值陣列序列，其中每一像素值描述亮 度及場(chǎng)景的表面上的3D點(diǎn)的笛卡爾X、Y、Z坐標(biāo)。
[0008]不斷成長(zhǎng)的政府立法、增加的責(zé)任關(guān)注度及對(duì)改進(jìn)的安全性的必然消費(fèi)者期望使得引入新的安全特征成為汽車制造商的高度優(yōu)先選擇。當(dāng)今，各種感測(cè)技術(shù)在以下方面發(fā)揮關(guān)鍵作用:提供這些特征、在如停車輔助等應(yīng)用中檢測(cè)車輛內(nèi)部及外部?jī)烧叩臈l件、自適應(yīng)巡航控制及預(yù)撞擊碰撞減輕。這些應(yīng)用中的每一者由通常提供測(cè)距功能或?qū)ο笞R(shí)別功能的獨(dú)特定制技術(shù)(例如，超聲波、RADAR、LADAR、數(shù)字圖像感測(cè)等)表征。
[0009]對(duì)在多種不同技術(shù)中投資的需要使得視需要盡快或盡可能廣泛地部署個(gè)別安全特征具挑戰(zhàn)性。
[0010]未來應(yīng)用造成甚至更多困難，這是因?yàn)楸仨氃趩蝹€(gè)車輛中提供多個(gè)特征。此外，事實(shí)上對(duì)汽車制造商的路標(biāo)(例如，在歐洲及日本計(jì)劃的行人檢測(cè))的所有新的感測(cè)應(yīng)用需要測(cè)距及對(duì)象識(shí)別功能兩者。組合兩種不一致技術(shù)來實(shí)現(xiàn)此任務(wù)(例如RADAR及數(shù)字圖像感測(cè))為昂貴的、難以實(shí)施且造成額外無效開發(fā)問題。
[0011]使用視覺通過提供靜態(tài)或動(dòng)態(tài)乘員分類及位置感測(cè)而對(duì)空氣囊系統(tǒng)賦予添加的辨別等級(jí)。此外，在機(jī)艙內(nèi)部添加視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其它增值應(yīng)用，例如被遺棄的嬰兒/寵物檢測(cè)、個(gè)性化及安全性。車外部的基于視覺的感測(cè)的應(yīng)用為盲點(diǎn)檢測(cè)、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(shè)備接近感測(cè)。視覺傳感器的益處為兩倍的。其提供增強(qiáng)的視覺反饋以幫助駕駛員操作車輛。但更重要的是，當(dāng)視覺傳感器還提供范圍數(shù)據(jù)時(shí)，其提供先進(jìn)算法所必需的信息以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)辨別及對(duì)對(duì)象運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)的更準(zhǔn)確分析。舉例來說，借助此些傳感器，系統(tǒng)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。
[0012]除深度值之外，ToF攝像機(jī)還提供表示從特定點(diǎn)往回發(fā)送的光的量的強(qiáng)度值。
[0013]由于調(diào)制信號(hào)的周期性，ToF攝像機(jī)具有經(jīng)定義不模糊范圍。在此范圍內(nèi)，可獨(dú)特地計(jì)算距離。所述范圍取決于攝像機(jī)的定義所發(fā)射信號(hào)的波長(zhǎng)的調(diào)制頻率。如圖1中所展示，為計(jì)算距離，攝像機(jī)評(píng)估參考(所發(fā)射)信號(hào)101與所接收信號(hào)102之間的相移。所述相移與距離d成比例。
[0014]當(dāng)前，多數(shù)ToF攝像機(jī)針對(duì)游戲、TV控制手勢(shì)及數(shù)字標(biāo)牌等以約20MHz的調(diào)制頻率操作。那么，單個(gè)波長(zhǎng)為15米，且這些ToF攝像機(jī)的獨(dú)特范圍為大約7.5米。可針對(duì)其中車以60英里/時(shí)或更快移動(dòng)的汽車使用改變此頻率以獲得較長(zhǎng)范圍覆蓋。可通過取決于汽車的速度調(diào)整有源照明的調(diào)制頻率而調(diào)整所述范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]深度傳感器技術(shù)為尖端新技術(shù)。尚未主要考慮來自經(jīng)調(diào)制光的TOF傳感器的交叉干擾，這是因?yàn)樯形丛诤艽蟪潭壬喜捎枚鄠€(gè)TOF攝像機(jī)。因此，人工地重新配置TOF調(diào)制頻率。然而，舉例來說，如果TOF技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車應(yīng)用(例如，用于前場(chǎng)景及后場(chǎng)景分析)，那么幾乎不可能針對(duì)每一傳感器產(chǎn)品個(gè)別地指派單獨(dú)TOF調(diào)制頻率。給定技術(shù)允許通過檢測(cè)其它TOF傳感器的調(diào)制頻率而動(dòng)態(tài)改變TOF調(diào)制頻率。因此，可避免多個(gè)TOF傳感器當(dāng)中的經(jīng)調(diào)制照明的交叉干擾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在圖式中圖解說明本發(fā)明的這些及其它方面，其中:
[0017]圖1展示現(xiàn)有技術(shù)TOF距離測(cè)量；
[0018]圖2圖解說明本發(fā)明的框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]TOF(飛行時(shí)間)傳感器提供非常準(zhǔn)確深度測(cè)量且可廣泛地應(yīng)用于各種環(huán)境內(nèi)的應(yīng)用。然而，TOF傳感器技術(shù)由于來自多個(gè)TOF傳感器的IR照明采用相同調(diào)制頻率而在本質(zhì)上具有TOF傳感器當(dāng)中的交叉干擾問題。由于IR調(diào)制頻率與TOF的經(jīng)覆蓋深度范圍直接相關(guān)，因此存在將在適當(dāng)位置中的TOF傳感器當(dāng)中選擇TOF IR照明的相同調(diào)制頻率的可能性。
[0020]舉例來說，針對(duì)以中等范圍深度地圖為目標(biāo)的應(yīng)用，在許多情形中，選擇20MHz IR調(diào)制頻率。來自具有相同IR調(diào)制頻率(20MHz)的TOF傳感器的干擾可顯著影響每一傳感器的深度準(zhǔn)確性。
[0021]所描述的發(fā)明提供一種通過組合IR調(diào)制頻率檢測(cè)器與用于動(dòng)態(tài)調(diào)整IR發(fā)射調(diào)制頻率的邏輯而避免TOF傳感器當(dāng)中的IR干擾的方法。
[0022]如圖2中所展示，本發(fā)明主要由兩部分組成:AMD(周圍IR調(diào)制頻率檢測(cè))模塊及TIMA (發(fā)射IR調(diào)制頻率調(diào)整)模塊。
[0023]AMD模塊通過IR頻率檢測(cè)器201檢測(cè)所有周圍IR調(diào)制頻率208，且MCU202通過IR調(diào)制頻率監(jiān)視例程203分析每一調(diào)制頻率及其持續(xù)時(shí)間。如果其持續(xù)時(shí)間Atim(f；,IK)比預(yù)定義閾值Thtime長(zhǎng)，那么MCU觸發(fā)IR調(diào)制頻率調(diào)整例程207以調(diào)整相關(guān)聯(lián)TOF傳感器的當(dāng)前IR發(fā)射調(diào)制頻率209?？蓜?dòng)態(tài)地重新配置所述預(yù)定義閾值以調(diào)整TOF對(duì)干擾噪聲的敏感性及實(shí)時(shí)處理的需要。
[0024]IR調(diào)制頻率209的小的改變(例如，20Mhz — 20.1Mhz)可顯著減小干擾相關(guān)的噪聲。因此，可在TOF傳感器205的深度地圖采集中移除周圍IR調(diào)制頻率的干擾。因此，可在不具有周圍交叉干擾噪聲的情況下捕獲TOF傳感器原始數(shù)據(jù)210。
【權(quán)利要求】
1.一種在飛行時(shí)間TOF測(cè)量系統(tǒng)中干擾抑制的方法，其包括以下步驟: 接收所有周圍紅外照明； 測(cè)量所述所接收紅外照明的調(diào)制頻率； 將所述所測(cè)量調(diào)制頻率的持續(xù)時(shí)間與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較； 如果超過所述預(yù)設(shè)閾值，那么調(diào)整所述飛行時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)的所述紅外照明調(diào)制頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 將所述TOF測(cè)量系統(tǒng)的紅外照明調(diào)制頻率動(dòng)態(tài)地調(diào)整為從最強(qiáng)的所檢測(cè)周圍紅外調(diào)制頻率偏移的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中: 將所述TOF測(cè)量系統(tǒng)的紅外照明調(diào)制頻率動(dòng)態(tài)地調(diào)整為從多個(gè)所檢測(cè)周圍紅外調(diào)制頻率偏移的值。
【文檔編號(hào)】G01S7/495GK103852754SQ201310646004
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月4日
【發(fā)明者】東翼·古 申請(qǐng)人:德州儀器公司