用于深度感测设备中的光学解调的系统和方法技术方案

本申请涉及用于深度感测设备中的光学解调的系统和方法。示例性成像设备包括：光学传感器，其具有光轴；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其按尺寸被制造成将至少两个不同相位延迟引入到通过透镜从场景接收的光信号的波前中；壳体，其将可变相位光学元件矩阵固定在光学传感器和透镜之间；以及处理子系统，其被编程为基于至少两个不同相位延迟来确定与光信号相关联的相位差。还提供了相关系统和方法。关联的相位差。还提供了相关系统和方法。关联的相位差。还提供了相关系统和方法。

【技术实现步骤摘要】
用于深度感测设备中的光学解调的系统和方法
[0001]本申请是申请日为2018年2月20日，申请号为201880091782.0，专利技术名称为“用于深度感测设备中的光学解调的系统和方法”的申请的分案申请。
[0002]背景
[0003]成像系统被用在越来越多的应用(包括机器视觉)中。这种系统允许设备(例如头戴式显示器、产品分拣机、车辆等)形成直接操作环境的景象。这可以允许许多其他动作基于在设备与其环境之间的关系(例如设备相对于场景中的一个或更多个对象的位置和定向)来被执行。在用于机器视觉的深度感测系统中，至少部分地由于解调反射信号以确定相对于发射信号的相位差可能所需的电路，常规的基于相位的飞行时间(ToF)传感器可能比其他图像传感器具有更低的分辨率。相位差然后可以用于计算场景内的深度值。因此，所需要的是用于基于相位的ToF传感器的改进的成像设备、系统和方法。
[0004]概述
[0005]如下文将更详细描述的，本公开描述了实现在基于相位的ToF系统中使用的信号的光学解调的系统和方法。通过至少部分地在光域中解调信号而不是仅仅依赖于电路，在ToF深度传感器上的更多区域可以用于光感测(photosensing)，而更少的区域可以在电路上被使用。
[0006]在一个示例中，成像设备可以包括：光学传感器，其具有光轴；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；可变相位光学元件矩阵，其按尺寸被制造成将至少两个不同相位延迟引入到通过透镜从场景接收的光信号的波前(wavefront)中；壳体，其将可变相位光学元件矩阵固定在光学传感器和透镜之间；以及处理子系统，其被编程为基于至少两个不同相位延迟来确定与光信号相关联的相位差。
[0007]在一些实现中，可变相位光学元件矩阵当在第一位置上时可以将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素。当光学设备的至少一个光学部件相对于光学设备的另一个光学部件横向移位时，可变相位光学元件矩阵可以将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素。可变相位光学元件矩阵可以包括衍射光学元件，该衍射光学元件将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素，并将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第二像素。至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟分隔开携带光信号的光的波长的预定分数。在一些实现中，当光学设备的至少一个光学部件相对于光学设备的另一个光学部件横向移位时，可变相位光学元件矩阵可以将具有第三相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第一像素，并且可以将具有第四相位延迟的光信号的一部分引导到光学传感器的第二像素。成像设备的光学部件可以将具有至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟的光信号的第一部分引导到光学传感器的第一像素，将具有至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟的光信号的第二部分引导到光学传感器的第二像素，将具有至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟的光信号的第三部分引导到光学传感器的第三像素，并且将具有至少两个不同相位延迟中的第四相位
延迟的光信号的第四部分引导到光学传感器的第四像素。光学部件可以包括透镜、光学传感器或可变相位光学元件矩阵中的至少一个。
[0008]在一些实现中，至少两个不同相位延迟中的第一相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟具有90
°
的相位差(out of phase)。至少两个不同相位延迟中的第二相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟具有90
°
的相位差。至少两个不同相位延迟中的第三相位延迟可以与至少两个不同相位延迟中的第四相位延迟具有90
°
的相位差，第一相位延迟、第二相位延迟、第三相位延迟和第四相位延迟产生允许光学正交解调的信号。光学传感器可以包括单独光敏区域的阵列，单独光敏区域中的每个区域具有小于约2微米
×
约2微米的面积。
[0009]在一些实现中，可变相位光学元件矩阵可以包括布置在透镜和光学传感器之间的第一衍射光学元件(DOE)和布置在透镜和第一DOE之间的第二DOE，第一DOE和第二DOE产生至少两个不同相位延迟。第一DOE可以包括具有突出特征的第一图案的第一基板，以及第二DOE可以包括具有突出特征的第二图案的第二基板，突出特征的第一图案和突出特征的第二图案具有不同的周期性。成像设备还可以包括将第一DOE和第二DOE耦合到壳体的定位系统，其中定位系统独立地定位第一DOE和第二DOE，以改变与光学传感器的第一像素相关联的相位延迟。成像设备可以包括将光信号作为脉冲光信号投射到待成像的场景上的光投射器，脉冲光信号从场景中的对象反射并被透镜引导到光学传感器。脉冲光信号可以包括在从大约800nm到大约1000nm的波长范围内的光。脉冲光可以由连续波调制，该连续波是正弦波或方波中的至少一种。
[0010]在另一个示例中，成像设备可以包括：光学传感器，其具有光轴和光敏像素阵列；透镜，其被定位成将来自场景的光聚焦到光学传感器上；衍射光学元件(DOE)，其具有特征，该特征按尺寸被制造成将至少两个不同相位延迟引入到通过透镜从场景接收的光信号的波前中，以至少部分地光学解调光信号；壳体，其将DOE固定在光学传感器和透镜之间；以及处理子系统，其被编程为基于由光学传感器从DOE接收的被至少部分地光学解调的光来确定与光信号相关联的相位差。
[0011]在一些实现中，DOE的特征中的至少一个特征的宽度实质上与光敏像素阵列的第一像素的宽度相同。处理子系统可以被编程为执行对至少两个相位延迟中的延迟的校准，并且处理子系统可以基于对至少两个相位延迟中的延迟的校准来确定与光信号相关联的相位差。
[0012]在另一示例中，用于生成场景的三维图像的方法可以包括：从光学传感器的第一像素接收第一电子信号，该第一电子信号表征具有第一相位延迟的反射光信号的第一部分；从光学传感器的第二像素接收第二电子信号，该第二电子信号表征具有不同于第一相位延迟的第二相位延迟的反射光信号的第二部分；基于第一电子信号和第二电子信号确定反射光信号的相位特性；基于所确定的相位特性来确定在光学传感器和反射该反射光信号的表面之间的距离；以及基于所确定的相位特性和来自光学传感器的第一像素和第二像素的所接收的第一电子信号和第二电子信号，生成场景的三维图像。
[0013]在一些实现中，该方法可以包括：从光学传感器的第三像素接收第三电子信号，该第三电子信号表征具有第三相位延迟的反射光信号的第三部分；以及从光学传感器的第四像素接收第四电子信号，该第四电子信号表征具有第四相位延迟的反射光信号的第四部
分，其中第一相位延迟、第二相位延迟、第三相位延迟和第四相位延迟是不同的。反射光的第一部分、第二部分、第三部分和第四部分可以实质上同时由光学传感器接收。
[0014]在一些实现中，该方法还可以包括：激活定位系统以将可变相位光学元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：从光学传感器的第一像素接收第一电子信号，所述第一电子信号表征具有第一相位延迟的反射光信号的第一部分；从所述光学传感器的第二像素接收第二电子信号，所述第二电子信号表征具有第二相位延迟的所述反射光信号的第二部分，所述第二相位延迟不同于所述第一相位延迟；基于所述第一电子信号和所述第二电子信号确定所述反射光信号的相位特性；基于所确定的相位特性来确定在所述光学传感器和反射所述反射光信号的表面之间的距离；以及基于所确定的相位特性以及来自所述光学传感器的所述第一像素和所述第二像素的所接收的第一电子信号和第二电子信号，生成场景的三维图像。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述光学传感器的第三像素接收第三电子信号，所述第三电子信号表征具有第三相位延迟的所述反射光信号的第三部分；从所述光学传感器的第四像素接收第四电子信号，所述第四电子信号表征具有第四相位延迟的所述反射光信号的第四部分；以及基于所述第一相位延迟、第二相位延迟、第三相位延迟和第四相位延迟执行所述反射光信号的光学正交解调。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述反射光信号的所述第一部分、所述第二部分、所述第三部分和所述第四部分实质上同时被所述光学传感器接收。4.根据权利要求1所述的方法，还包括激活脉冲光信号到场景内的发射，所述脉冲光信号被所述场景中的对象反射作为所述反射光信号。5.根据权利要求1所述的方法，其中包括在矩阵中的可变相位光学元件按尺寸被制造成：将具有所述第一相位延迟的所述反射光信号的第一部分引导到所述光学传感器的所述第一像素，以及将具有所述第二相位延迟的所述反射光信号的第二部分引导到所述光学传感器的所述第二像素。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，可变相位光学元件矩阵设置在所述光学传感器和定位成将反射光聚焦到所述光学传感器上的透镜之间。7.根据权利要求5所述的方法，还包括激活定位系统，以将所述可变相位光学元件的矩阵从第一位置移动到不同于所述第一位置的第二位置。8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：当所述可变相位光学元件矩阵位于所述第二位置时：从所述光学传感器的所述第一像素接收第三电子信号，所述第三电子信号表征具有第三相位延迟的反射光信号的第三部分；以及从光学传感器的所述第二像素接收第四电子信号，所述第四电子信号表征具有第四相位延迟的反射光信号的第四部分；以及基于所述第一相位延迟、第二相位延迟、第三相位延迟和第四相位延迟执行所述反射光信号的光学正交解调。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：确定所述反射光信号的所述相位特性还基于所述第三电子信号和第四电子信号；以及基于所确定的相位特性来确定所述光学传感器和反射所述反射光信号的表面之间的距离包括：基于所述第一电子信号、第二电子信号、第三电子信号和第四电子信号确定所述反射光信号和先前发射的光信号之间的相位差；以及使用所述相位差来确定所述距离。10.一种系统，包括：至少一个物理处理器；以及包括计算机可执行指令的物理存储器，当由所述物理处理器执行时，所述可执行指令使得所述物理处理器：从光学传感器的第一像素接收第一电子信号，所述第一电子信号表征具有第一相位延迟的反射光信号的第一部分；从所述光学传感器的第二像素接收第二电子信号，所述第二电子信号表征具有第二相位延迟的所述反射光信号的第二部分，所述第二相位延迟不同于所述第一相位延迟；基于所述第一电子信号和所述第二电子信号确定所述反射光信号的相位特性；基于所确定的相位特性来确定在所述光学传感器和反射所述反射光信号的表面之间的距离；以及基于所确定的相位特性以及来自所述光学传感器的所述第一像素和所述第二像素的所接收的第一电子信号和第二电子信号，生成场景的三维图像。11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述计算机可执行指令在由所述物理处理器执行时，还使得所述物理处理器：从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马诺杰，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：