[发明专利]解析直接路径和多路径辐射分量的飞行时间相机系统

说明书

本发明提供了一种飞行时间相机系统，该系统设置为对从目标反射的调制辐射的直接路径分量或多路径分量进行解析。相机系统包括设置为在目标处发射调制辐射的飞行时间发射器、以及在发射器与目标之间操作的至少一个图案应用结构。图案应用结构操作为将至少一个结构光图案应用至调制发射器辐射。相机系统还包括配置为测量从目标反射的辐射的图像传感器。相机系统设置为通过接收的测量，来解析从目标反射的直接源反射辐射的贡献。

技术领域

本发明涉及关于飞行时间相机系统的改进，该飞行时间相机系统配置为解析由该系统接收的辐射的直接路径分量和多路径分量之一或二者。

背景技术

飞行时间相机系统能够解析来自辐射光束的距离或深度信息，其中辐射光束已被调制并从场景中的目标反射。这些相机系统基于从接收的反射辐射提取的相位信息来计算来自目标的距离测量。

通过飞行时间相机的传感器生成的测量代表调制光源的直接路径反射，以及来自附近物体的相同调制光源的多个反射的贡献的多路径分量。飞行时间成像会受到不利于成像质量的许多影响。示例包括多路径干扰和运动模糊。

直接路径辐射关注深度或范围测量应用，而在其它情况下，多路径分量提供关于目标的当前状态的有价值信息。例如，公开号为WO2012/053908的PCT专利申请公开了用于飞行时间技术的层析成像型应用，其中多路径分量提供表面下散射信息。

多路径分量的贡献在飞行时间深度感测应用中是多余的。现有技术中这些装置的实现方案已不能解析来自场景的、包括拐角或其它类似反射表面的区域的深度信息。这是因为接收的直接路径与多路径信号返回之间的距离(光学路径长度)的较小差异。

在涉及使用结构光扫描的3D成像的应用中，多路径干扰也是待解决的误差来源。在这些应用中，结构光图案被投射到目标上，其中通过接收相机检测到的图案变形被用于确定目标的形式或表面形状。这可对比于飞行时间成像，在飞行时间成像中接收到的光的相位被用于确定传播延迟并因此确定距离信息。因此，在结构光深度相机和飞行时间相机中，由多个传播路径导致的测量误差是不同的。飞行时间相机测量返回光的相位和振幅，而结构光方法测量场景中光的强度。

在3D成像领域中已有旨在降低多路径干扰的误差效果的若干公开文献。这种方式的一个示例由Shree K Nayar、Gurunandan Krishnan、Michael D Grossberg和RameshRaskar在美国计算机学会图形学汇刊(ACM Transactions on Graphics(TOG)，25(3):935–944,2006上公开，标题为“Fast separation of direct and global components of ascene using high frequency illumination(使用高频照明快速分离场景的直接和全局分量)”。在该公开文献中，提出了通过将结构光图案投射到目标的快速分离全局和直接光返回的方法，其中由接收相机系统的像素评估的每个目标区域经受改变照明的每个图案。通过该方式收集的信息在投射图案中采用空间变化，以分离用于相机的每个像素的直接路径返回。

与飞行时间相机系统和缓解多路径误差效果尤其相关的另一公开文献由Oggier的US公开专利申请US 2014/0055771提供。但是，虽然针对飞行时间相机应用，但是所公开的结构光传输系统操作为仅扫描相机整个视野内分离的关注目标。该方式的最终结果在于使相机接收的直接路径返回相乘，使得多路径返回成为接收信号的相对较低比例。虽然对于现有技术存在改进，但是该方式不计算或分离接收的相机信号的直接路径分量，仅提供误差降低效果。

相比于传统的均匀照明场，这些工艺和技术的一个方面在于图案化照明的投射。典型地，数字微镜装置(Digital Micromirror Device，DMD)，也被称为微镜阵列或数字光投射装置被用于生成图案。DMD的缺陷为大尺寸、大功耗、以及需要复杂控制图像生成电子装置。另一明显的缺点是效率低，因为浪费了没有投射的光。然而，其具有的优势是一个装置可生成许多工艺和技术所需的多个图案。