[发明专利]连续波飞行时间系统

说明书

本公开涉及连续波飞行时间系统。本公开涉及配置为测量到物体的距离的较低能量/较快的飞行时间的摄像系统。该系统被配置为发射以第一频率调制的激光和被物体反射的图像光，以便确定所发射和反射的光之间的第一相位差。然后，它发出以第二频率调制的激光，并成像被物体反射的光，以确定所发出和反射的光之间的第二相位差。到物体的距离是使用第一和第二相位差确定的。与获得第二相位差的操作相比，该系统被布置为以较低的能量进行操作以获得第一相位差。与先前的连续波飞行时间系统相比，这将降低总体能源消耗，并有可能使整体运行速度更快，而成像精度没有任何显着降低。

技术领域

本公开涉及配置为测量到物体的距离的较低功率/较快的飞行时间的摄像系统。

背景技术

飞行时间(ToF)摄像系统是一种范围成像系统，可通过测量从ToF摄像系统发出的光的往返行程来解析相机与物体之间的距离。该系统通常包括：光源(例如激光器或LED)；控制来自光源的光的光源驱动器；用于对物体反射的光进行成像的图像传感器；用于控制图像传感器的操作的图像传感器驱动器；光学器件，用于使从光源发射的光整形以及将由物体反射的光聚焦到图像传感器上的光学系统；以及计算单元，被配置为基于所发射的光和来自物体的相应光反射来确定到物体的距离。

在连续波(CW)ToF摄像系统中，激光会发出多个周期的连续光波。该系统然后被配置为基于所发射的光与所接收的反射光之间的相位差来确定到成像物体的距离。CW ToF系统通常在以第二调制信号调制所发射的激光并确定所发射的激光与反射光之间的进一步的相位差之前，以第一调制信号调制所发射的激光，并确定所发射的光和反射光之间的第一相位差。然后可以基于第一和第二相位差来确定深度图/深度帧。第一调制信号和第二调制信号具有不同的频率，使得第一和第二相位差可以用于解决相位缠绕。

在每次发光之后发射激光并清除存储在图像传感器上的电荷所花费的时间内，被成像的物体可移动，这可导致生成的图像帧不准确和/或模糊。此外，驱动(通常是相对较高功率的)激光器，并且执行图像传感器的像素的多次读出操作，会消耗相对大量的功率。因此，需要更快和/或更低能量的CW ToF摄像系统。

发明内容

本公开涉及配置为测量到物体的距离的较低功率/较快的飞行时间的摄像系统。该系统被配置为发射以第一频率调制的激光和被物体反射的图像光，以便确定发射光和反射光之间的第一相位差，并分别在不同的时间(在涉及使用第一频率的激光调制的过程之前或之后)，发射以第二频率调制的激光以及对由物体反射的光进行成像，以确定发射光与反射光之间的第二相位差。到物体的距离是使用第一和第二相位差确定的。与获得第二相位差的操作相比，该系统被布置为以较低的能量进行操作以获得第一相位差。与先前的连续波飞行时间系统相比，这将降低总体能源消耗，并有可能使整体运行速度更快，而成像精度没有任何显着降低。

在本公开的第一方面，提供连续波飞行时间CW-ToF摄像系统，包括：用于输出激光的激光器；成像传感器，包括多个成像像素，用于基于包括反射激光的入射光来累积电荷；和图像采集系统，耦合到所述成像传感器并被配置为:通过以下方式从所述成像传感器采集第一组电荷样本:a)驱动所述激光器输出以第一调制信号调制的激光,其中所述第一调制信号具有第一频率；和b)在步骤a之后，读出指示由所述成像传感器的多个成像像素中的至少一些成像像素累积的电荷的图像传感器值；通过以下方式从所述成像传感器采集第二组电荷样本:c)驱动所述激光器输出以第二调制信号调制的激光,其中所述第二调制信号具有第二频率，并且其中所述第二频率大于所述第一频率；和d)在步骤c之后，读出指示由所述成像传感器的多个成像像素中的至少一些成像像素累积的电荷的图像传感器值；和基于所述第一组电荷样本和所述第二组电荷样本确定深度帧；其中与采集所述第二组电荷样本相比，所述CW-ToF摄像系统以相对低能量的模式操作来采集所述第一组电荷样本。可以在第二组电荷样本之前或之后采集第一组电荷样本。