测量和去除由内部散射引起的飞行时间深度图像的破坏制造技术

本公开涉及测量和去除由内部散射引起的飞行时间深度图像的破坏。深度成像仪可以实现飞行时间操作来测量对象的深度或距离。深度成像仪可以将光发射到场景上，并使用传感器阵列感知场景中从对象反射回来的光。击中传感器阵列的反射光的定时给出关于场景中对象的深度或距离的信息。在一些情况中，由于在深度成像仪中发生的内部散射或内部反射，在传感器阵列中的像素的视场之外的破坏光可以击中像素。破坏光可以破坏深度或距离测量。为了解决这个问题，改进的深度成像仪可以隔离和测量由深度成像仪中发生的内部散射或内部反射引起的破坏光，并系统地从深度或距离测量中去除测量的破坏光。

Measurement and removal of time of flight depth image damage caused by internal scattering

【技术实现步骤摘要】
测量和去除由内部散射引起的飞行时间深度图像的破坏优先权申请本专利申请要求于2018年6月21日提交的题为“测量和去除由内部散射引起的飞行时间深度图像的破坏”的序列号为62/687,851的美国临时申请的优先权并接受受益，其全部内容结合于此。本专利申请还要求于2018年8月7日提交的题为“避免由于内部散射引起的飞行时间深度图像的破坏”的序列号为62/715,695的美国临时申请的优先权并接受受益，其全部内容也结合于此。
本公开涉及集成电路领域，尤其涉及用于飞行时间深度成像的电路。
技术介绍
深度成像技术在飞行时间相机和测距仪中实现。深度成像技术包括脉冲光源，并测量反射光以感测对象的存在、距离信息、深度信息和/或速度信息。这些光学系统具有广泛的用途，例如安全系统、医疗系统、汽车系统、航空航天系统、消费电子设备等。深度成像仪可包括光源(例如，发光二极管、激光器等)。深度成像仪还可以包括传感器阵列，其创建场景的深度图像，其中每个像素存储到该像素的视场中的对象的距离。这样的成像仪还可以同时输出场景的规则图像，例如红-绿-蓝(RGB)图像或红外图像。用于创建深度图像的深度成像技术的示例是飞行时间成像。通过让光源将光发射到场景上来操作飞行时间。然后光在场景中的对象上反射。反射光照射传感器阵列。由传感器阵列产生的信号可用于计算距离信息并形成深度图像。附图说明为了更完整地理解本公开及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相同的参考数字代表相同的部分，其中：图1描述根据本公开的一些实施方案的深度成像仪和飞行时间操作；图2描述根据本公开的一些实施方案的可以由传感器阵列中的像素执行的示例性测量；图3描述根据本公开的一些实施方案的可以由传感器阵列中的像素执行的示例性测量；图4描述根据本公开的一些实施方案考虑背景光的可以由传感器阵列中的像素执行的示例性测量；图5-7描述根据本公开的一些实施方案的用于击中像素的外来光源的不同场景；图8描述根据本公开的一些实施方案的用于隔离和测量破坏光的技术；图9描述根据本公开的一些实施方案的用于隔离和测量破坏光的另外技术；图10描述根据本公开的一些实施方案的用于有效地获得任意短脉冲的技术；图11描述根据本公开的一些实施方案的在光脉冲关闭之后接通传感器(或开始收集光)；和图12描述根据本公开的一些实施方案的使用在光脉冲关闭之后接通传感器(或开始收集光)的技术测量距离。具体实施方式深度成像仪可以实现飞行时间操作来测量对象的深度或距离。深度成像仪可以将光发射到场景上，并使用传感器阵列感知场景中从对象反射回来的光。击中传感器阵列的反射光的定时给出关于场景中对象的深度或距离的信息。在一些情况中，由于在深度成像仪中发生的内部散射或内部反射，在传感器阵列中的像素的视场之外的破坏光可以击中像素。破坏光可以破坏深度或距离测量。为了解决这个问题，改进的深度成像仪可以隔离和测量由深度成像仪中发生的内部散射或内部反射引起的破坏光，并系统地从深度或距离测量中去除测量的破坏光。可能破坏飞行时间测量的来源通常，深度成像仪的光源靠近(或邻近)传感器阵列，并且如果传感器阵列是移动的(例如，光源相对于传感器阵列具有固定位置)，则与传感器阵列一起移动。为简单起见，传感器阵列有时在本文中称为“传感器”。在一些其他情况下，人们也可以考虑静态光源，或者随着时间的推移已知其位置的任何光源。参考深度成像仪的光源靠近传感器的情况，可以理解，光返回并撞击传感器所花费的时间与到对象的距离成比例。更确切地说，对象的深度D由下式给出：其中c是光的速度，tR是光线传播到对象、返回并撞击传感器所需的时间。等式(1)中的因子2是由于光必须行进到对象并从对象返回。根据光源相对于传感器的位置，tR和D之间的关系可能与方程式(1)不同，在某些情况下更复杂。图1描述根据本公开的一些实施方案的深度成像仪和飞行时间操作。深度成像仪包括用于发光的光源102、传感器阵列104和透镜106。场景可以具有多个对象，例如，对象110、对象112和对象114。光源102可以包括一个或多个激光二极管。在一些实施方案中，光源102包括光发射器，例如垂直腔表面发射激光器或边缘发射激光器，在一些情况下，与漫射器组合以影响光发射器发送的场景的部分是光。传感器阵列104可包括布置在二维区域上的电荷耦合器件(CCD)传感器或CMOS传感器。传感器阵列104中的传感器称为像素。深度成像仪可以包括用于控制和驱动光源102和传感器阵列104的驱动器180(例如，电子驱动电路)。深度成像仪可以包括用于接收和处理来自传感器阵列104以形式深度估计的信号的处理电路190。发射的光从对象反弹，并且可以返回并击中传感器阵列104。除了来自对象的返回光之外，传感器阵列104还可以接收可能破坏飞行时间测量的其他外来光。外来光的一种形式是背景(BG)光。BG光可能来自其他来源，例如阳光、与系统无关的其他光源，以及与其他深度成像仪相关的光源。期望设计对BG光具有一定容差的飞行时间深度成像仪。深度成像仪可以具有由最小距离Dmin和最大距离Dmax限定的操作深度范围。在操作深度范围之外，深度成像仪不报告距离。Dmin不为零的一个原因可能是某个反射率小于Dmin的对象的返回光太强以至于返回光使传感器阵列104饱和。Dmax通常是超过没有足够的光返回到传感器阵列104以确定距离的距离。在一个示例中，假设深度成像仪对于其操作深度范围具有最小距离Dmin，并且因此光到达和离开最小距离Dmin的最小时间tmin是Dmin和tmin可以取决于个体深度成像仪。为了获得传感器阵列104中的每个像素的深度，在每个像素处执行一组测量。该组测量值提供了计算深度的信息。每个像素可以使得能够计算或估计相应的深度；传感器阵列104可以基于相应的深度生成深度图像。图2描述根据本公开的一些实施方案的可以由传感器阵列中的像素执行的测量。可以通过发射光(例如，曲线202)、到达像素的光(例如，曲线204)、传感器信号(例如，曲线206)和收集的信号(例如，曲线208)来定义测量。发光是由光源(例如光源102)打开和关闭时决定的。在所示的示例中，在时间t＝0和t＝TL之间接通发射的光(例如，持续时间是TL)。光源在时间t＝0和t＝TL之间的间隔之外关闭。当发射的光被打开时，开始时间被设置为t＝0作为参考，在该参考上定义了时刻。到达像素的光可以包括BG光(假设在测量过程中缓慢变化)，并返回从对象反射的光线。从对象反射的光可以到达t＝tR的像素。传感器信号指示像素感测到达像素的光的时间间隔。传感器信号可以定义像素的积分周期，其中像素基于到达像素的光的光子来收集或累积电荷。在所示的示例中，像素在t＝t1和t＝t1+TS之间感测光(例如，持续时间是TS)。在某些情况下，t1＝tmin·。在某些情况下，TS＝TL。收集的信号可以包括BG光和在集成期间从撞击像素的对象反射的返回光。为简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量深度的方法，该深度对由于内部反射的破坏光不敏感，该方法包括：/n通过光源将光发射到场景上；/n通过控制像素的第一电荷存储单元以基于在第一时间段期间击中所述像素的光来收集电荷进行破坏光测量，在所述第一时间段中所述破坏光击中所述像素但是没有来自所述像素视场内的对象的返回光击中所述像素；/n基于所述破坏光测量从受所述破坏光影响的一个或多个测量中去除所述破坏光的贡献；和/n基于去除破坏光的贡献的一个或多个测量值来确定所述深度。/n

【技术特征摘要】
20180621 US 62/687,851;20180807 US 62/715,695;20191.一种测量深度的方法，该深度对由于内部反射的破坏光不敏感，该方法包括：
通过光源将光发射到场景上；
通过控制像素的第一电荷存储单元以基于在第一时间段期间击中所述像素的光来收集电荷进行破坏光测量，在所述第一时间段中所述破坏光击中所述像素但是没有来自所述像素视场内的对象的返回光击中所述像素；
基于所述破坏光测量从受所述破坏光影响的一个或多个测量中去除所述破坏光的贡献；和
基于去除破坏光的贡献的一个或多个测量值来确定所述深度。


2.权利要求1所述的方法，其中在收集一部分破坏光之后并且在来自所述对象的返回光击中所述像素之前，所述第一时间段结束。


3.权利要求2所述的方法，还包括：
通过增益因子缩放所述破坏光测量来确定所述破坏光的贡献。


4.一种测量深度的方法，该深度对由于内部反射的破坏光和背景光不敏感，该方法包括：
使用具有第一开始时间的第一发射的光脉冲来进行第一破坏光测量；
使用第二发射的光脉冲来进行第二破坏光测量，其中所述第二发射的光脉冲具有与所述第一发射的光脉冲相同的脉冲形状，并且所述第二发射的光脉冲具有相对于所述第一开始时间偏移预定时间量的第二开始时间；和
基于去除破坏光的贡献的一个或多个测量值来确定所述深度，其中所述破坏光的贡献基于所述第一破坏光测量和所述第二破坏光测量。


5.权利要求4所述的方法，其中所述第二发射的光脉冲的持续时间与所述第一发射的光脉冲相同。


6.权利要求4所述的方法，其中:
进行第一破坏光测量包括控制像素的第一电荷存储单元以使用第一传感器信号来收集电荷；和
进行第二破坏光测量包括控制像素的第二电荷存储单元以使用具有与所述第一传感器信号相同的开始时间、相同形状和相同持续时间的第二传感器信号来收集电荷。


7.权利要求4所述的方法，其中:
进行第一破坏光测量包括控制像素的第一电荷存储单元以在所述第一开始时间或之前开始收集电荷并在所述第二开始时间之后停止收集电荷。


8.权利要求4所述的方法，其中:
进行第二破坏光测量包括控制像素的第二电荷存储单元以在所述第一开始时间或之前开始收集电荷并在所述第二开始时间之后停止收集电荷。


9.权利要求4所述的方法，其中所述第一破坏光测量和所述第二破坏光测量之间的差产生所述破坏光的贡献。


10.权利要求4所述的方法，其中所述第一破坏光测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·D·巴尼斯，C·麦瑟，S·迪米尔达斯，
申请(专利权)人：美国亚德诺半导体公司，
类型：发明
国别省市：美国;US