[发明专利]调整飞行时间(TOF)测量系统的操作参数的方法

说明书

技术领域

本发明的技术领域为飞行时间传感器系统。

背景技术

从真实环境采集3D几何信息是计算机绘图中的许多应用的基本任务。例如虚拟及增广的环境以及人机交互(例如，针对游戏)的突出实例清楚地受益于用于实时范围图像采集的简单且准确装置。然而，甚至针对静态场景，不存在实时提供全范围、高分辨率距离信息的低价现成系统。激光三角测量技术(其仅借助单个激光装置逐行对场景取样)相当耗时且因此针对动态场景不实用。立体视觉摄像机系统不具有匹配同质对象区域中的对应物的能力。

在用于高精确度距离测量的LIDAR(光检测与测距)扫描仪中使用基于测量照明单元所发射的光行进到对象且返回到检测器所需的时间的飞行时间(ToF)技术。最近，此原理已成为开发在标准CMOS或CCD技术中实现的新的范围感测装置(所谓的ToF摄像机)的基础；在摄影测量法的背景中，ToF摄像机也称为范围成像(RIM)传感器。不同于其它3D系统，ToF摄像机为已实现实时距离采集所期望的大多数上文所述的特征的非常紧凑装置。当前在ToF技术中采用两种主要方法。第一种方法利用经调制非相干光且基于相位测量。第二种方法基于首先用于摄影棚用摄像机且稍后针对小型摄像机开发的光学快门技术。

在近三年内，在ToF摄像机的背景中研究活动的数目已急剧增加。尽管初始研究集中于更基本问题(如传感器特性及用于采集静态场景的ToF摄像机的应用)，但最近其它应用领域已成为焦点，例如，人机交互及监控。

可通过可感测并分析车辆内部及外部的动态3D环境的数字信号处理器启用各种安全性增强的汽车特征。安全特征可包含碰撞警告与避免、智能空气囊部署、障碍物检测(例如倒车警告)及停车辅助。对这些应用来说，共同的是需要检测、隔离、测量、定位、识别及追踪对象(例如人、交通及路边特征)。

经常提出使用常规2D成像传感器及分析软件执行这些任务，但在所有车辆使用情境期间实现成本效益及可靠性能为可怕挑战。对象在2D图像中的显现取决于照明条件、表面材料及对象定向极大地变化。图像的这些变化使软件必须解释场景的任务复杂化。另一方面，对象的3D形状不随那些混淆效应变化。

基于立体视觉的3D恢复在计算上为复杂的且在未经图案化表面上失败。类似地提出RADAR、超声波、扫描LADAR及其它测距技术，但其由于有限时间或角度分辨率而具有辨别对象上的困难；此外，每一安全功能对专门传感器的需要造成系统集成挑战。单个高帧速率焦点平面阵列3D传感器为合意的，这是因为其可同时提供多个安全且便利功能，从而允许应用联合利用动态场景中的形状及外观信息。传感器的输出应为2D像素值阵列序列，其中每一像素值描述亮度及场景的表面上的3D点的笛卡尔X、Y、Z坐标。

不断成长的政府立法、增加的责任关注度及对改进的安全性的必然消费者期望使得引入新的安全特征成为汽车制造商的高度优先选择。当今，各种感测技术在以下方面发挥关键作用：提供这些特征、在如停车辅助等应用中检测车辆内部及外部两者的条件、自适应巡航控制及预撞击碰撞减轻。这些应用中的每一者由通常提供测距功能或对象识别功能的独特定制技术(例如，超声波、RADAR、LADAR、数字图像感测等)表征。

对在多种不同技术中投资的需要使得视需要尽快或尽可能广泛地部署个别安全特征具挑战性。

未来应用造成甚至更多困难，这是因为必须在单个车辆中提供多个特征。此外，事实上对汽车制造商的路标(例如，在欧洲及日本计划的行人检测)的所有新的感测应用需要测距及对象识别功能两者。组合两种不一致技术来实现此任务(例如RADAR及数字图像感测)为昂贵的、难以实施且造成额外无效开发问题。

使用视觉通过提供静态或动态乘员分类及位置感测而对空气囊系统赋予添加的辨别等级。此外，在机舱内部添加视觉系统实现其它增值应用，例如被遗弃的婴儿/宠物检测、个性化及安全性。车外部的基于视觉的感测的应用为盲点检测、车辆车道偏离、后视安全性、围绕车辆的其它车辆的接近以及离开路面及重设备接近感测。视觉传感器的益处为两倍的。其提供增强的视觉反馈以帮助驾驶员操作车辆。但更重要的是，当视觉传感器还提供范围数据时，其提供先进算法所必需的信息以实现更高级辨别及对对象运动动态的更准确分析。举例来说，借助此些传感器，系统可使用坐在前座中的人与大箱子的形状差异来部署空气囊或不部署空气囊。

除深度值之外，ToF摄像机还提供表示从特定点往回发送的光的量的强度值。