通过避免直方图化增加TOF传感器的深度分辨率和深度精度制造技术

公开了一种用来确定从物体反射并返回的多个接收光脉冲的行进时间的方法。每个返回的光脉冲均与时间戳相关联，时间戳指示对应光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间。对于每个时间戳，确定晚于该时间戳且在该时间戳之后的预定时间窗口内的时间戳的数目C。确定最大数目C，并确定最大数目C的索引i。将多个光脉冲的行进时间确定为与最大数目C具有相同索引的时间戳以及在与最大数目C具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口内的时间戳的平均值。

【技术实现步骤摘要】
通过避免直方图化增加TOF传感器的深度分辨率和深度精度相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年8月15日提交的美国临时专利申请No.62/545,976的优先权，其全部公开内容通过引用合并于此。
本文所公开的主题总体上涉及飞行时间(ToF)传感器，更具体地，涉及用于确定光脉冲的行进时间的技术。
技术介绍
在基于光检测和测距(LIDAR)的三维(3D)成像系统中，通常在发射一系列重复的激光光脉冲之后，记录几十次/几百次光子检测事件。传统上，光子检测事件被形成为表示像素处的光子检测事件的时间直方图。基于直方图来确定激光脉冲的行进时间，其中所述行进时间通常对应于直方图的峰值。然而，由于直方图分组(binning)而导致存在与传统方法相关的缺点。即，光子检测事件的时间被量化成有限数量的直方图区间(bin)中的一个，导致了量化误差。量化过程还降低了深度分辨率，也会增加量化误差。例如，对于测量距离最大达40米的LIDAR相机系统，如果直方图包括280个区间(bin)，则深度分辨率为15cm，且深度误差大约为4cm。这意味着LIDAR相机系统无法对距离该相机系统15cm的物体进行区分，且将具有大约4cm的深度误差。简单地，增加直方图中的区间(bin)的数量可以帮助增加深度分辨率。遗憾的是，当直方图中的区间(bin)的数量增加时，还可能出现其他问题。首先，需要增加硬件资源和物理空间来制作区间(bin)。直方图区间(bin)的数量增加显著地增加传感器的大小。其次，较小的区间(bin)使峰值检测困难，因为在具有较大区间(bin)的直方图中可能出现的尖峰在具有较小区间(bin)的直方图中会更加分散。因此，深度误差增加。
技术实现思路
示例实施例提供了一种用来确定多个光脉冲的行进时间的方法，该方法可以包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，其中每个返回的光脉冲Pi可以与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定最大数目Ci；确定所述最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳的平均值。在一个实施例中，确定所述多个光脉冲的行进时间还可以包括：将所述行进时间确定为以下时间戳的加权平均值：与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳，其中，在所述预定时间窗口TW中部附近的时间戳与在所述预定时间窗口TW始端或终端附近的时间戳具有不同权重。另一示例实施例提供了一种用来确定多个光脉冲的行进时间的方法，该方法可以包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，其中每个返回的光脉冲Pi可以与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1；按照接收的时间顺序排列所述时间戳ti；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定所述最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳ti。在一个实施例中，确定所述多个光脉冲的行进时间还可以包括：将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳的平均值。在另一实施例中，确定所述多个光脉冲的行进时间还可以包括：将所述行进时间确定为以下项的加权平均值：与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳和在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳，其中，在所述预定时间窗口TW中部附近的时间戳与在所述预定时间窗口TW始端或终端附近的时间戳具有不同的权重。另一示例实施例提供了一种用来确定多个光脉冲的行进时间的方法，该方法可以包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，其中每个返回的光脉冲Pi可以与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定所述最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳ti。在一个实施例中，确定所述多个光脉冲的行进时间还可以包括：将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳的平均值。在另一实施例中，确定所述多个光脉冲的行进时间还可以包括：将所述行进时间确定为以下项的加权平均值：与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳和在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳，其中，在所述预定时间窗口TW中部附近的时间戳与在所述预定时间窗口TW始端或终端附近的时间戳具有不同的权重。附图说明在下面的部分中，将参考在附图中示出的示例性实施例来描述本文所公开的主题的各方面，附图中：图1A描述了激光光脉冲序列(例如LIDAR光脉冲)的一部分和光子检测事件；图1B描述了根据本文所公开的主题的其上仅绘制出示例检测事件集合T中的五个元素的三个时间线；图2是根据本文所公开的主题的用来确定多个光脉冲的行进时间的方法的流程图；以及图3A和图3B分别描述了传统的分组(binning)技术可能出现的行进时间不确定性和本文所公开的技术如何避免这种不确定性。具体实施方式在下面的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，公开的方面可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的方法、流程、组件和电路，以不模糊本文所公开的主题。贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的提及意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本文所公开的至少一个实施例中。因此，在该说明书的各个位置中出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“根据一个实施例”(或具有类似含义的其他短语)可能不一定均是指相同的实施例。此外，可以在一个或多个实施例中通过任何合适的方式来组合特定特征、结构或特性。就这方面来说，如本文所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性的”任何实施例不必解释为相比其他实施例优选或者有利。而且，根据本文中讨论的上下文，单数术语可以包括对应的复数形式，复数术语可以包括对应的单数形式。还应注意的是，本文所示出和讨论的各种附图(包括组件图)仅仅是为了说明的目的，且没有按比例绘制。同样，各种波形和时序图仅仅是为了说明的目的而示出。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大。此外，如果认为合适，在附图之间重复附图标记以指示对应和/或类似的元件。本文中所使用的术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定多个光脉冲的行进时间的方法，所述方法包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，每个返回的光脉冲Pi与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定最大数目Ci；确定所述最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳的加权平均值。

【技术特征摘要】
2017.08.15 US 62/545,976;2017.11.08 US 15/807,3341.一种用于确定多个光脉冲的行进时间的方法，所述方法包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，每个返回的光脉冲Pi与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定最大数目Ci；确定所述最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳的加权平均值。2.根据权利要求1所述的方法，其中与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳具有相同权重。3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述多个光脉冲的行进时间还包括：将所述行进时间确定为以下时间戳的加权平均值：与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳以及在与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳之后的预定时间窗口TW内的时间戳，其中，在所述预定时间窗口TW中部附近的时间戳与在所述预定时间窗口TW始端或终端附近的时间戳具有不同权重。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光脉冲为LIDAR脉冲。5.根据权利要求1所述的方法，其中，N为100；以及其中，所述预定时间窗口TW为2ns。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所确定的行进时间不包括基于区间的(nobin-based)量化误差。7.一种用于确定多个光脉冲的行进时间的方法，所述方法包括：发射预定数目为N的光脉冲，并接收返回的光脉冲Pi，每个返回的光脉冲Pi与时间戳ti相关联，所述时间戳ti指示对应的光脉冲的发射时间和返回的光脉冲的到达时间之间的时间，其中i＝1，...，N且N＞1：按照接收的时间顺序排列所述时间戳ti；对于每个时间戳ti，确定晚于时间戳ti且在所述时间戳ti之后的预定时间窗口TW内的时间戳的数目Ci；确定最大数目Ci的索引i；以及将所述多个光脉冲的行进时间确定为与所述最大数目Ci具有相同索引的时间戳ti。8.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述多个光脉冲的行进时间还包括：将所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：石立龙，王一兵，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR