飞行时间摄像机制造技术

本发明专利技术涉及一种飞行时间摄像机(1)，包括：具有用于确定发射和捕获光(Sp2)的相移的多个飞行时间像素(23)的飞行时间传感器(22)，根据检测的相移(

Time of flight camera

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行时间摄像机
本专利技术涉及一种飞行时间摄像机、以及用于检测点扩展函数以校正检测到的飞行时间传感器的信号的方法。
技术介绍
飞行时间摄像机或飞行时间摄像机系统尤其涉及所有飞行时间或3D飞行时间摄像机系统，这些系统从发射和接收辐射的相移中获得飞行时间信息。如DE19704496C2中所述，由于包括光混合检测器(PMD)的飞行时间或3D飞行时间摄像机(特别是光混合检测器摄像机)是适合的，并作为FrameGrabber03D或作为CamCube可从“ifmElectronicGmbH”或“pmdtechnologyag”公司中获得。PMD摄像机特别允许光源和检测器的灵活布置，可以将两者都布置在壳体中且独立地布置。
技术实现思路
本专利技术的目的是进一步改善相位误差的补偿。根据本专利技术的飞行时间摄像机系统以有利的方式实现了该目的，如独立权利要求所述。特别有利的是一种用于飞行时间摄像机系统的飞行时间摄像机，其设置有包括用于确定发射光和接收光的相移的多个飞行时间像素的飞行时间传感器，其中基于检测的相移来确定距离值，其中飞行时间摄像机包括存储器，在该存储器中至少存储点扩展函数的参数，其中点扩展函数考虑到飞行时间摄像机和飞行时间传感器的散射光行为和信号串扰，包括评估单元，该评估单元设计成使得基于存储的点扩展函数对检测的图像(I(x))进行解卷积并确定校正的图像(I0(x))，并且其中相移或距离值的确定是在校正的图像(I0(x))的基础上实现的。该步骤的优点是可以在操作过程中基于已存储的点扩展函数来校正距离值。优选地，点扩展函数是复值函数。当在傅立叶空间中完成检测的图像和存储点扩展函数的解卷积时，这也是有用的。在另一实施例中，假设检测的图像的分辨率降低，并且通过这种降低的分辨率确定校正，并且此后校正被按比例放大到检测的图像的原始分辨率，并且通过该按比例放大的校正来校正检测的图像。因此，可以显著减少校正的计算量。进一步预期，通过对相邻像素的幅度进行平均来进行分辨率的降低，并通过重复幅度来进行按比例放大。优选地，点扩展函数以矩阵或查找表和/或傅立叶变换的形式存储在存储器中。如果根据以下方法之一确定存储在存储器中的点扩展函数，则是特别有用。优选地，提供了一种用于确定点扩展函数的方法，其中点光源和飞行时间摄像机被布置成使得飞行时间摄像机的飞行时间传感器检测点光源，其中选择点光源与飞行时间摄像机之间的距离和/或点光源的光束轮廓，使得在像素行或列中少于5个飞行时间像素或最多16×16个像素被照射，其中点扩展函数至少基于飞行时间传感器的飞行时间像素的子集来确定。该步骤的优点是，为了确定点扩展函数，光源可以在一定范围内以简单的方式构造。在一个实施例中，提供了操作未调制的点光源。在这种情况下，飞行时间传感器的飞行时间像素的调制门被驱动以使得飞行时间像素中的载流子主要仅在一个积分节点处累积。该步骤确保生成的光电子优选地收集在一个积分节点处。根据另一实施例，提供了与调制信号同相地驱动点光源和飞行时间传感器，并且确定关于至少三个不同相位位置的传感器差信号。特别有用的是，提供具有飞行时间传感器的不同的积分时间和/或点光源的不同的光强的至少两个图像帧来确定点扩展函数。在另一实施例中，提供了一种用于确定飞行时间摄像机系统的飞行时间摄像机的点扩展函数的方法，其中通过飞行时间摄像机检测参考场景的第一3D图像I1(x)和具有在参考场景的前景中的对象的第二3D图像I2(x)，其中第二3D图像I2(x)或第二3D图像I2(x)的至少部分区域通过点扩展函数被校正，并基于第一和校正的第二3D图像I’2(x)之间的差，改变点扩展函数的参数，直到至少在选定的部分区域的两个图像(I1(x),I’2(x))之间的差为最小和/或低于阈值，其中所得的点扩展函数可再用作校正点扩展函数。同样，可以提供一种用于确定飞行时间摄像机系统的飞行时间摄像机的点扩展函数的方法，其中在假定参考场景形成为平面的前提下，通过飞行时间摄像机检测具有在前景中的对象的参考场景的单个图像I(x)，其中单个图像I(x)通过第一点扩展函数被校正，其中，改变第一点扩展函数的参数以确定校正点扩展函数，直到校正的图像I'(x)和预期的图像I0(x)之间的差值为最小和/或低于阈值。在又一实施例中，提供了一种用于确定飞行时间摄像机系统的飞行时间摄像机的点扩展函数的方法，其中通过飞行时间摄像机检测参考对象的台阶的3D图像IT(x)，其中参考对象具有限定高度的台阶，该台阶的表面是平面的并且彼此平行布置，该参考对象相对于所述飞行时间摄像机设置，使得在该台阶的边缘处存在到更远的台阶水平的距离跳跃，其中检测的3D图像IT(x)首先使用第一模型点扩展函数被校正，其中，当因此校正的3D图像I’T(x)的距离值d超出最大容许距离误差时，改变模型点扩展函数的参数直到校正的3D图像I’T(x)的距离值为最小和/或低于容许距离误差，其中由此得到的点扩展函数可再用作校正点扩展函数。附图说明下面将参照附图通过示例性实施例更详细地解释本专利技术。在图中：图1示意性地示出了飞行时间摄像机系统；图2示出了生成的载流子的调制积分；图3示出了用于确定点扩展函数的设置；图4示出了用于确定点扩展函数的图像的横截面；图5示出了参考场景的检测；图6示出了在参考场景的前方的对象的检测；图7示出了根据图6的测量的距离值与实际距离的关系；图8示出了对两个不同距离的参考表面的检测；图9示出了根据图8的测量的距离值与实际距离的关系；和图10示出了本专利技术意义上的散射光校正的可能的示意性流程。具体实施方式在以下对优选实施例的描述中，类似参考符号表示相同或相似的组件。图1显示了用例如从DE19704496A1中所知的飞行时间摄像机测量光学距离的测量情况。飞行时间摄像机系统1包括发射单元或发光模块10，所述发射单元或发光模块10包括光源12和关联的光束成形光学器件15，以及具有接收光学器件25和飞行时间传感器22的接收单元或飞行时间摄像机20。飞行时间传感器22具有至少一个飞行时间像素，优选为像素阵列，并且特别设计为PMD传感器。接收光学器件25通常由多个光学元件组成，以改进成像特性。发射单元10的光束成形光学器件15可以形成为例如反射器或透镜光学器件。在一个非常简单的实施例中，可选的光学元件可以在接收侧和发射侧两者都被分配。该布置的测量原理基本上是基于这样一个事实，即基于发射光和接收光的相移，可以确定飞行时间，并因此确定接收光所行进的距离。为此，经由调制器30向光源12和飞行时间传感器22共同提供具有基相位置的特定调制信号M0。此外，在示出的示例中，在调制器30和光源12之间提供移相器35，其中移相器能够将光源12的调制信号M0的基相移动规定的相位位置对于典型的相位测量，优选地，采用相位位置根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于飞行时间摄像机系统(1)的飞行时间摄像机(20)，包括飞行时间传感器(22)，所述飞行时间传感器(22)包括用于确定发射和接收光(Sp2)的相移的多个飞行时间像素(23)，其中基于检测的相移

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170404 DE 102017205742.41.一种用于飞行时间摄像机系统(1)的飞行时间摄像机(20)，包括飞行时间传感器(22)，所述飞行时间传感器(22)包括用于确定发射和接收光(Sp2)的相移的多个飞行时间像素(23)，其中基于检测的相移来确定距离值(d)，
其特征在于，
所述飞行时间摄像机(20)包括存储器，在所述存储器中至少存储点扩展函数的参数(PSF)，其中所述点扩展函数(PSF)考虑到所述飞行时间摄像机(20)和所述飞行时间传感器(22)的散射光行为和信号串扰；
包括评估单元，所述评估单元配置成使得基于所述存储的点扩展函数(PSF)对检测的图像(I(x))进行解卷积并确定校正的图像(I0(x))，并且
其中从所述校正的图像(I0(x))来确定所述相移或距离值(d)。


2.根据权利要求1所述的飞行时间摄像机(20)，其特征在于，所述点扩展函数(PSF)是复值的。


3.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间摄像机(20)，其特征在于，在傅立叶空间中执行所述检测的图像(I(x)))和所述存储点扩展函数(PSF)的解卷积。


4.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间摄像机(20)，其特征在于，所述检测的图像(I(x)))的分辨率降低，并且用降低的分辨率确定校正(ΔI(x))，因此将所述校正(ΔI(x))按比例放大至所述检测的图像(I(x)))的原始分辨率，并用按比例放大的所述校正(ΔI(x))来校正所述检测的图像(I(x)))。


5.根据权利要求4所述的飞行时间摄像机(20)，其特征在于，通过平均相邻像素的幅度来实现分辨率的降低，并且通过所述幅度的重复来执行所述按比例放大。


6.根据前述权利要求中任一项所述的飞行时间摄像机(20)，其特征在于，所述点扩展函数(PSF)在所述存储器中被存储为的矩阵或查找表。

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·乌尔里希，卢茨·海涅，
申请(专利权)人：PMD技术股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE