[发明专利]使用视觉惯性测距的增强深度映射

说明书

公开了一种成像装置(22)，其包括辐射源(40)，该辐射源朝向目标场景(24)发射光学辐射的脉冲束(42)。感测元件的阵列(52)输出指示感测元件上光子的相应入射时间的信号。物镜光学器件(54)在感测元件的阵列上形成目标场景的第一图像。图像传感器(64)捕获目标场景的第二图像。处理和控制电路(56,58)被配置为处理第二图像以检测目标场景中至少一个对象与所述装置之间的相对运动，并且被配置为响应于来自所述阵列的所述信号而构建感测元件上光子的入射时间的直方图，以及响应于所检测到的相对运动来调节直方图，并且基于所调节的直方图生成目标场景的深度图。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年9月25日提交的美国临时专利申请62/735,864的权益，该申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明整体涉及用于深度映射的系统和方法，并且具体地涉及使用飞行时间感测的深度映射。

背景技术

现有的和新兴的消费者应用已产生对实时三维(3D)成像器日益增长的需求。这些成像设备也称为深度传感器或深度映射器，其使得能够通过用光束照明目标场景并分析反射的光学信号来远程测量与目标场景中每个点的距离(并且常常还有强度)-被称为目标景深。一些系统也捕获目标场景的彩色图像，并且将深度图与该彩色图像配准。

用于确定与目标场景中每个点的距离的一种常用技术涉及将一个或多个脉冲光束朝向目标场景传输，然后测量光束在从源行进到目标场景并返回到与源相邻的检测器阵列时所花费的往返时间，即飞行时间(ToF)。

在测量光子到达时间时，一些ToF系统使用单光子雪崩二极管(SPAD)(也称为盖革模式雪崩光电二极管(GAPD))，或者可能使用SPAD感测元件阵列。在一些系统中，偏置控制电路将阵列中不同SPAD中的偏置电压设定为不同的相应值。

发明内容

下文描述的本发明的实施方案提供了改进的深度映射系统和此类系统的操作方法。

因此，根据本发明的一个实施方案提供了包括辐射源的成像装置，该辐射源被配置为朝目标场景发射光学辐射的脉冲束。感测元件的阵列被配置为输出信号，该信号指示感测元件上光子的相应入射时间。物镜光学器件被配置为在感测元件阵列上形成目标场景的第一图像。图像传感器被配置为捕获目标场景的第二图像。处理和控制电路被配置为处理该第二图像以检测目标场景中至少一个对象与该装置之间的相对运动，并且该处理和控制电路被配置为响应于来自该阵列的信号而构建该感测元件上光子的入射时间的直方图，以及响应于所检测到的相对运动调节该直方图，并基于所调节的直方图生成目标场景的深度图。

在一些实施方案中，该相对运动是该所述装置的移动，并且该处理和控制电路被配置为过滤直方图以补偿该装置的移动。在所公开的实施方案中，该装置包括惯性传感器，该惯性传感器被配置为感测该装置的移动并输出该移动的指示，其中处理和控制电路被配置为在检测该装置的移动中结合处理第二图像来应用由惯性传感器输出的指示。

除此之外或另选地，处理和控制电路被配置为在检测到目标场景与该装置之间不存在相对运动时延长累积直方图的暴露时间。

在另外的实施方案中，相对运动包括目标场景中对象的移动，并且该处理和控制电路被配置为过滤直方图以补偿对象的移动。在所公开的实施方案中，该处理和控制电路被配置为处理第二图像以提取对象移动的轨迹，并且对于该轨迹被物镜光学器件成像到上面的感测元件校正直方图。

除此之外或另选地，该处理和控制电路被配置为标识直方图中的边缘，并且在检测相对运动中应用所标识的边缘。