选择性距离范围成像制造技术

一种在离振幅调制连续波范围成像装置的可选距离处对对象进行成像的方法，该方法包括：发射调制照明信号，其中所述调制照明信号是用伪随机码进行亮度调制的；在图像传感器处接收所述调制照明信号的反射；捕捉反射的调制照明信号的多个样本，其中采样是使用所述伪随机码来调制的；确定所发射的调制照明信号与所述多个样本之间的相移，以确定至少一个相移；以及基于所确定的相移来确定所述装置与至少一个对象之间的范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】选择性距离范围成像
本专利技术一般涉及亮度和深度/范围(range)检测，以及更具体地，涉及用于选择性范围成像的方法和设备。
技术介绍
范围成像系统，也被称为范围相机、范围成像相机或测距(ranging)装置，确定要成像的场景中的对象的距离和亮度。一种普通类型的范围成像相机使用振幅调制连续波(“AMCW”)技术。如下所详述的，使用AMCW技术的范围成像相机通常使用光源来发射亮度调制照明信号，以对要成像的场景进行照明。然后由场景中的对象将信号反射回范围成像相机。然后由诸如CMOS的专门的传感器芯片来捕捉反射光的多个图像。然后使用处理器来将所述多个图像彼此进行比较以及将所述多个图像与发射的强度调制照明信号进行比较，从而确定光的亮度调制中的相变。然后分析相变，以确定对象与范围成像相机之间的距离，还确定场景中对象的大小、形状和位置。所以，在诸如汽车安全和控制系统、多媒体用户界面以及图像分割和表面仿形切削的许多不同应用中，范围成像相机是非常有用的。在范围成像相机与要成像的对象之间有效地确定范围取决于亮度调制照明信号与接收的信号之间的相位差。因为通常用照明信号来调制图像传感器，随着光从范围成像相机离开，所述光开始变得与图像传感器的调制异相。所以，光经过的距离越短，光就越同相。换句话说，从接近范围成像相机的对象反射的光具有与范围成像相机的调制接近于同相的亮度调制，而从远处的对象反射的光具有与范围成像相机异相的亮度调制。在通常使用同一信号既调制照明信号也调制图像传感器的情况下，可以在一些情况下使用不同的信号来达到类似的结果。就数码照片来说，捕捉的图像通常由像素阵列形成，场景中的对象有效地映射到像素阵列上。不像通常的数码图像，由范围成像相机捕捉的像素不仅记录从场景中的对象反射的光的照明亮度(可以包括颜色)，还记录调制包络的相位。因此，捕捉的图像中的每个像素将具有基于由场景中的对象反射回所述像素的光的相位分量。而且，对应于在其中不具有对象的场景区域的像素不会接收反射的信号，而是仅接收环境光或从其他源(诸如太阳)反射的光或多路径调制的光(从场景中造成不想要的干扰信号的其他对象反射出来的发射光)。通常的范围成像相机传感器包括背景或DC抑制电路，该背景或DC抑制电路允许更有效地使用传感器的动态范围以用于捕捉调制光，所以，传感器会有效忽略背景光。在有多种实现通常的范围成像相机的方法的情况下，提供了图1以示出一个这样的范围成像相机的简化视图。如图1所示，通常的AMCW范围成像相机100可以包括用于向要成像的场景发射亮度调制照明信号的信号装置101，例如激光二极管或发光二极管，还包括用于使用从场景中的对象反射回系统100的部分发射信号来捕捉图像的图像传感器102。然后处理器103将发射的对象与捕捉的图像进行比较，以确定捕捉的图像中每个像素的亮度和相移。通过这样做，处理器能够确定场景中的对象离系统100的距离。系统100可选地包括到控制系统100、显示器105和存储器106的输入装置104，或者所述装置104、105和106可以是通过接口电缆连接的分开的计算机系统的形式。可以从执行所述功能的任意已知装置中选择这些装置。存在许多已知的调制信号装置101和图像传感器103的方法。例如，信号发送装置可以仅仅是周期性快速开启和关闭的光源，而图像传感器102可以使用高速快门或通过控制图像传感器的增益或灵敏度来调制。处理器103还可以包括信号生成器，或类似的装置，以帮助调制信号装置101和图像传感器102。然而，也可以单独提供信号生成器。图2示出了上述参考图1所述的标准范围成像相机的简化功能图。如图2所示，从信号装置101发射的照明信号的亮度调制包络显示为正弦波形状，但是通常也调制成方波。然后从正被成像的场景内的各个对象21、22和23反射信号。如图2所示，反射回图像传感器102的光根据反射光的对象21、22和23的相对距离将会经过不同的距离。这将造成接收的光的调制基于经过的距离具有不同的相位。虽然图2中没有示出，但是波形的振幅也会根据经过的距离和对象的表面散射属性而改变。图11示出了用来提供已知的范围感测系统的元件的示意图。虽然该示意图示出了用于调制图像传感器的快门，但是应该注意，可以使用不需要为此使用快门的各种传感器。例如在Billmers等人的美国专利No.7,541,255、Dorrington的美国专利No.7,391,505、Phillips等人的美国专利No.5,835,199和Ball等人的美国专利No.5,534,993中公开了用于信号测量的方法，所有这些专利作为参考被整体合并于此。而且，参见Dorrington的国际公开号No.2004/090568、Carnegie等人的国际公开号No.2006/031130和Payne等人的国际公开号No.2009/051499，所有这些专利作为参考被整体合并于此。然而，传统的范围成像相机在一些条件下表现得不太好。例如，当传统的范围成像相机与要成像的对象之间的空气不清楚时，例如当有雾或者烟的时候，或者在通过玻璃或塑料窗户来进行成像的情况下，传统的范围成像相机可能不能够准确地确定到对象的距离。尤其是，空气中悬浮的颗粒或碎屑，可能会导致来自传统的范围成像相机的照明信号一部分被反射回来，然后这可能会导致距离确定不准确。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及一种用于在离振幅调制连续波范围成像装置的可选距离处对对象进行成像的方法和设备。该方法包括发射调制照明信号，用伪随机码(或者结合有伪随机码的连续波)对所述调制照明信号进行亮度调制；在图像传感器处接收所述调制照明信号的反射；捕捉反射的调制照明信号的多个样本，其中使用所述伪随机码来调制采样；确定发射的调制照明信号与多个样本之间的相移或时延，以确定至少一个相移或时延；以及基于确定的相移或时延来确定所述装置与至少一个对象之间的范围。由照明和采样伪随机码的速率和相对时间来确定在其中检测到所选择的对象的区域或窗口。使用该方法，能够保证测距装置仅对成像窗口内的对象进行成像。该方法还可以包括对信号偏移和噪声以及多路径干扰进行补偿。本方法的另外的方面可以包括使采样调制码延时，以确定成像窗口，从而基于延时来确定装置与成像窗口之间的距离。使用该方法，可以实时调整场景中的成像窗口的位置。根据本专利技术的其他方法，在离振幅调制连续波范围成像装置的可选距离处对对象进行成像的进一步的方面可以包括：发射调制照明信号，用伪随机码对所述调制照明信号进行亮度调制；在图像传感器处接收所述调制照明信号的反射；捕捉反射的调制照明信号的多个样本，其中使用所述伪随机码调来制采样；以及调整所述伪随机码的操作频率，来确定成像窗口，其中测距装置仅对所述成像窗口内的对象进行成像。可以基于所述伪随机码的操作频率来确定成像窗口的前边缘与后边缘之间的距离。根据本专利技术的振幅调制连续波范围成像装置可以包括：照明装置，该照明装置被配置成发射调制照明信号，其中用伪随机码对所述调制照明信号进行亮度调制；图像传感器，该图像传感器用于接收所述调制照明信号的反射，该图像传感器被配置成捕捉反射的调制照明信号的多个样本，其中使用所述伪随机码调制采样；以及处理器，该处理器用于确定发射的调制照明信号与多个样本之间的相移，从而确定至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在离振幅调制连续波范围成像装置的可选距离处对对象进行成像的方法，该方法包括：发射调制照明信号，其中所述调制照明信号是用伪随机码进行亮度调制的；在图像传感器处接收所述调制照明信号的反射；捕捉反射的调制照明信号的多个样本，其中采样是使用所述伪随机码来调制的；确定所发射的调制照明信号与所述多个样本之间的相移，以确定至少一个相移；以及基于所确定的相移来确定所述装置与至少一个对象之间的范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.06 US 61/483,1741.一种对离振幅调制连续波范围成像装置的可选距离处的对象进行成像的方法，该方法包括：发射调制照明信号，其中所述调制照明信号是用伪随机码进行亮度调制的；在图像传感器处接收所述调制照明信号的反射，对所述反射的信号通过积分过程取平均数，从而形成反射的调制照明信号的多个样本，其中所述样本是使用所述伪随机码来调制的；确定所发射的调制照明信号与所述多个样本之间的相移，以确定至少一个相移；基于所确定的相移来确定所述装置与至少一个对象之间的范围；以及在采样伪随机码与所接收到的反射的照明调制伪随机码相关时确定成像窗口，其中所述采样伪随机码与所接收到的反射的照明调制伪随机码在所述成像窗口之外变得不相关，并且所述不相关的信号的积分形成等效于恒定的背景照明的信号。2.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述照明调制伪随机码与采样调制伪随机码之间的延时来确定所述装置与所述成像窗口之间的距离。3.根据权利要求2所述的方法，其中能够通过调整照明调制伪随机码与采样调制伪随机码之间的延时来设定和调整所述距离。4.根据权利要求1所述的方法，其中振幅调制连续波范围成像装置仅对所述成像窗口内的对象进行成像。5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括对信号偏移和噪声进行补偿。6.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述伪随机码的操作频率来确定所述成像窗口的前边缘与后边缘之间的距离。7.根据权利要求6所述的方法，其中能够通过调整所述伪随机码的操作频率来设定和调整所述成像窗口的前边缘与后边缘之间的距离。8.根据权利要求7所述的方法，该方法还包括对信号偏移和噪声进行补偿。9.一种振幅调制连续波范围成像装置，该振幅调制连续波范围成像装置包括：照明装置，被配置成发射调制照明信号，其中所述调制照明信号是用伪随机码进行亮度调制的；图像传感器，用于接收所述调制照明信号的反射，该图像传感器被配置成积分所接收到的信号，其中对所述信号在积分周期上取平均数以形成反射的调制照明信号的多个样本，其中采样是使用所述伪随机码来调制的；并且通过所述采样伪随机码与所述接收到的反射的照明调制伪随机码之间的相关来形成成像窗口，其中所述采样伪随机码与接收到的照明调制伪随机码在所述成像窗口之外变得不相关，并且所述不相关的信号的积分形成等效于恒定的背景照明的信号；以及处理器，用于确定所发射的调制照明信号与所述多个样本之间的相移，从而确定至少一个相移，并且相对于调制照明信号的调制来对采样的调制进行延时。10.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中所述处理器被配置成基于所确定的相移来确定所述装置与至少一个对象之间的范围。11.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中所述照明装置被配置成在所述图像传感器采样时连续发射亮度调制照明信号。12.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中所述处理器还被配置成调整所述调制照明信号的时钟周期。13.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中相对于调制照明信号的调制对所述采样的调制进行的延时的长度能够基本上实时地被调整。14.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中相对于调制照明信号的调制对采样的调制进行的延时的长度能够基于正被成像的对象的运动基本上实时地被调整。15.根据权利要求14所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中振幅调制连续波范围成像装置被配置成仅对成像窗口内的对象进行成像。16.根据权利要求15所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中所述成像窗口具有前边缘和后边缘。17.根据权利要求16所述的振幅调制连续波范围成像装置，其中所述成像窗口基本上具有三角形。18.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，该振幅调制连续波范围成像装置还包括频率调节器，该频率调节器用于调整所述伪随机码的操作频率。19.根据权利要求9所述的振幅调制连续波范围成像装置，该振幅调制连续波范围成像装置还包括DC补偿器，该DC补...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·A·多灵顿，A·D·佩恩，
申请(专利权)人：怀卡托灵科有限公司，
类型：
国别省市：