用于在飞行时间成像系统中使用的方法和装置与流程

用于在飞行时间成像系统中使用的方法和装置
1.领域
2.除其他方面，本技术涉及一种适用于在飞行时间成像系统中使用的方法，特别是其中该系统以多种配置发射照明，每种配置在图像传感器的视场上具有不同的空间变化强度。
3.背景
4.三维(3d)感测系统(也称为距离成像系统)通常产生二维(2d)图像(称为距离图像)，其中每个像素值对应于到场景中点(或区域)的距离。距离(也称为深度)可以通过各种方式测量，特别是使用结构光技术或飞行时间(tof)技术。tof计算类似于雷达，除了使用光脉冲代替rf脉冲之外，产生类似于雷达图像的距离图像(或深度图像)。典型地，tof是无扫描仪的，也就是说整个场景利用单个光脉冲捕获。适用于在诸如移动电话的便携式电子设备中使用的相对小且相对高性能(距离和分辨率)的3d感测系统是令人感兴趣的。
5.概述
6.根据本发明的第一方面，提供了一种适用于飞行时间(tof)成像系统使用的方法，其中该系统以多种配置发射照明，每种配置在图像传感器的视场上具有不同的空间变化强度，该方法包括：
7.移动致动机构以经由配置的第一序列将照明从第一配置改变到最终配置；
8.移动所述致动机构以随后经由配置的第二序列将所述照明从所述最终配置改变到所述第一配置或第二配置；和
9.对于第一序列和第二序列中的每个配置，从图像传感器获得数据的集合，从而获得关于适于产生两个深度(或距离)图像帧的每个配置的数据的两个集合，其中对应于最终配置的数据的两个集合从第一序列和第二序列连续获得。
10.例如，如果第一序列和第二序列各自包括第一配置和最终配置且序列中没有其他配置，则可以通过从1)第一配置、2)第二配置、3)第二配置和4)第一配置获得数据来依次得到两个图像帧。这样，在第一序列和第二序列之间连续捕获关于最终配置的两个数据集。此外，在配置中每一个已经被访问至少一次的情况下，数据的两个集合适用于产生两个深度图像帧，而在实践中，数据的多个集合可以以任何合适的方式被使用以用于产生多个深度图像帧。
11.第二配置可以是不同于最终配置的配置。也就是说，第二序列中的最后一个配置不一定是最终配置。例如，第一序列和第二序列可以不包括配置的相同集合。
12.短语“连续地”不一定意味着连续获得最终配置的两个数据集。在获得这两个数据集之间可能会有一个时间间隔。无论哪种方式，在获得第一序列中的最终配置的数据集之后，可以获得第二序列中的最终配置的数据集。
13.优选地，针对最终配置连续获得的数据的两个集合是在不移动致动机构的情况下被获得的。即使对应于最终配置的数据的两个集合的获得被指定为连续的，在获得数据的这两个集合之间也可能存在时间间隙。
14.因此，可以在能够产生更大强度的不同配置之间改变照明(从而提高性能)，同时
可以降低致动机构被移动的频率。有利的是，由于省略了在第一序列和第二序列之间的移动，这种布置可以减少得到两个图像帧所需的时间。例如，如果第一序列和第二序列各自仅包括第一配置和第二配置，去除在第一序列和第二序列(以及第二序列和第一序列)之间的致动器移动，则在重复周期中累计用于致动器移动的时间可以减少一半。此外，当使用sma致动器时，在序列之间致动器移动的暂停可以有利地允许sma线更有效地冷却。这是与例如简单重复序列的现有方法进行比较。
15.可选地，在第一序列期间照明的累积强度与在第二序列期间照明的累积强度基本相同。优选地，第一序列和第二序列中的每一个序列中的配置可以具有基本相同的累积强度。可选地，累积强度在一个序列中从一个配置到另一个配置可以不同，例如为了适应不同的投影表面。无论哪种方式，对于第一序列中任何一种配置的照明的累积强度可以与第二序列中的相对应的配置相同。
16.可选地，第二序列以相反的顺序对应于第一序列。例如，在一些实施例中，第一序列可以是第一配置、中间配置和最终配置的顺序。因此，对应的第二序列可以是最终配置、中间配置和第一配置的顺序。
17.可选地，第一序列和第二序列中的每一个序列仅包括第一配置和最终配置。因此，在这样的实施例中，致动机构可以仅提供两级移动来在两个位置之间移动照明。
18.可替代地，第一序列和第二序列各自包括在相应序列中第一配置和最终配置之间的一个或更多个另外的配置。例如，第一序列可以是第一配置、中间配置和最终配置的顺序，第二序列可以是最终配置、中间配置和第一配置的顺序。
19.可选地，在每个序列期间累积的强度在图像传感器的基本上全部视场中基本上是均匀的。更具体地说，照明可以是致动机构可移动穿过视场、和在视场范围内可移动或延伸超出视场范围的边界的模式。
20.可选地，对于每个序列，序列的每个配置中的照明与该序列中任何其他配置中的照明基本上不重叠。对于每个序列，序列的每个配置中的照明的一部分可以与其他配置中的一个或更多个配置的照明重叠。例如，在任何给定序列中，两个连续配置内的照明可以在配置中的照明面积重叠高达50％、小于20％、小于10％。
21.可选地，每个序列包括至少一个配置，在该至少一个配置中，照明在照相机的至少一部分视场上基本上是不均匀的。例如，照明可以被聚焦或部分聚焦，以形成通常被称为聚光照明(spot illumination)的投影图案或光点投影。
22.可选地，每个序列包括至少一个配置，在该至少一个配置中，照明在照相机的基本上全部视场上基本上是均匀的。典型地，这种配置可以通过在投影表面上散焦照明来实现。这种照明可以被称为泛光照明。
23.可选地，该方法包括移动致动机构以聚焦和散焦照明，从而在均匀(泛光)照明和非均匀(聚光)照明之间切换。通常，这可以通过沿其光轴移动透镜或光发射器来实现。
24.可选地，图像传感器的视场对应于图像传感器连同与图像传感器相关联的一个或更多个光学元件的视场。然而，发射器的视场(或发射器的投影面积)不一定等于图像传感器的视场。例如，来自发射器的照明可以投射到图像传感器的视场的边界之外或之内。光学元件可以包括以下一个或更多个：透镜元件(诸如微阵列透镜)、透镜、棱镜、反射镜或衍射光栅。
25.可选地，该方法是在一系列子帧中执行的，其中获得数据的集合，并且然后在与每个序列相关联的除最终子帧之外的每个子帧期间移动致动机构。更具体地，每个子帧对应于序列的配置。
26.可选地，致动机构在其被移动的每个子帧的第一部分内被移动，并且数据是在每个子帧的第二部分内获得的。
27.可选地，在每个最终子帧中，基本上在整个的该子帧中获得数据。也就是说，最终子帧可以比序列中的其他子帧更短，或者与序列中的其他子帧相同。
28.可选地，子帧具有介于10和50赫兹之间(例如约30赫兹)或者介于40和80赫兹之间(例如约60赫兹)或者介于100和140赫兹之间(例如约120赫兹)的频率。可选地，致动机构以5和25赫兹之间(例如约15赫兹)或20和40赫兹之间(例如约30赫兹)或50和70赫兹之间(例如约60赫兹)的频率移动。这对于最终子帧可能是例外的。这种低频范围可以应用于其中致动器机构仅在有限数量的配置(例如在一个序列中2个配置，诸如a-b
……
b-a)之间移动照明的系统中。在这种系统中，深度图像帧可以在30赫兹下获得，并且致动机构频率为60赫兹，其中第一序列和最终序列各自具有两个配置(a-b和b-a)。通常，致动机构频率与子帧频率的比率可以是(n-1)/n，其中n是配置的数量。
29.在以序列中更高数量的配置为特征的系统中，例如，如在典型光点扫描系统中表征的一个序列中4个配置(a-b-c-d或d-c-b-a)，相对应的子帧可以适应120赫兹的更高频率，以便在获得深度图像时保持30fps的帧速率。相反，子帧可以以60赫兹的频率操作，这导致15fps的降低的深度图像帧速率。
30.根据致动器机构的限制，子帧频率可以进一步增加，以适应在一个序列中更多配置。例如，对于以一个序列中16各配置为特征的光点扫描系统，子帧频率可以进一步增加到480赫兹，这可以以30fps的帧速率产生深度图像。
31.可选地，每个第一部分具有第一持续时间，以及每个第二部分具有比第一持续时间长的第二持续时间。可替代地，每个第一部分具有第一持续时间，以及每个第二部分具有比第一持续时间短的第二持续时间。可选地，第一持续时间小于10毫秒。
32.可选地，致动机构包括一个或更多个形状记忆合金致动器，其被电阻加热以提供移动。
33.可选地，一个或更多个形状记忆合金致动器在每个第一部分内被电阻加热，并且在每个第二部分内被冷却，使得丝(wires)的平均温度在连续的子帧之间基本上不增加。可选地，丝的温度在最终子帧期间降低。
34.可选地，针对每个配置获得的数据的集合包括在之前不移动致动机构的情况下获得的关于第一配置的数据的集合。例如，一旦第二序列完成并且已经获得了关于第一配置的数据集，新的第一序列可以在不移动致动机构的情况下开始，例如，在获得关于前一第二序列中的第一配置的数据集之后，可以连续获得关于新的第一序列中的第一配置的另一数据集。
35.可选地，照明中的改变各自包括以扫描模式移动照明穿过视场。换句话说，第一序列和第二序列可以包括以多个离散移动、或者一个或更多个连续移动或者两者的组合来移动聚光照明。扫描模式的后续周期然后可以使用与先前使用的相同周期，或者可以使用不同周期。例如，不同周期可以允许在每个周期中在不同点处(例如，不同的感兴趣区域)进行
扫描，或者以不同的顺序扫描相同的点(例如，不同的扫描路径)。非均匀照明可以在离散位置上移动穿过视场的至少一部分，或者可以连续地移动穿过视场的至少一部分。这是因为在一些实施例中，飞行时间测量技术仅依赖于一段时间内的照明强度，并且不需要为了获得数据集而中止移动照明。
36.可选地，扫描模式包括在第一序列和第二序列中的每一个序列中在至少两个不平行的方向上移动照明穿过视场。例如，扫描模式可以包括在一个配置中沿着第一方向移动照明穿过视场的至少一部分。扫描模式还可以包括在另一配置中沿着第二方向移动照明穿过视场的至少一部分。第一方向可以垂直于第二方向，或者在平面中与第二方向成角度。也就是说，第一方向可以与第二方向成非零角度。扫描模式可以是光栅扫描模式。扫描模式可以是牛耕式的(boustrophedonic)。增加扫描模式中的(扫描)点的数量可以产生更均匀照明的视场，这可以实现提高整个视场的分辨率。然而，扫描模式中的点越多，为了生成输出图像帧而需要获得和组合的数据集就越多。因此，可以选择适合应用的扫描模式。
37.可选地，照明包括具有被配置成方格嵌纹的光束投影的光束、具有圆形或多边形光束投影的光束、平行光条的图案或光的点或圆的图案。应当理解，这些仅仅是照明的示例类型，并且是非限制性的。关于方格嵌纹，这意味着光束形状被配置为当移动聚光照明时基本上覆盖视场，而光束形状基本上不重叠。这可能是投影之间没有间隙，或者可能是投影之间有间隙。
38.可选地，该方法包括多个扫描周期，其中多个扫描周期中的每一个扫描周期具有在配置的第一序列和第二序列相同或不同的情况下基本相同的第一配置和最终配置。更具体地，多个扫描周期可以具有在不同的扫描模式的情况下基本相同的第一配置和最终配置。
39.可选地，第二序列是从最终配置到第二配置，并且该方法还包括：移动致动机构以随后经由配置的第三序列将照明从第二配置改变到最终配置或第三配置；以及针对第三序列中的每个配置从图像传感器获得数据的集合，其中对应于第二配置的数据的两个集合是在不移动致动机构的情况下获得的。
40.可选地，第三序列是从第二配置到第三配置，并且该方法还包括：移动致动机构以随后经由配置的第四序列将照明从第三配置改变到最终配置；以及针对第四序列中的每个配置从图像传感器获得数据的集合，其中对应于第三配置的数据的两个集合是在不移动致动机构的情况下获得的。
41.可以提供一种非暂时性数据载体，其携带用于使飞行时间成像系统执行该方法的代码。
42.可以提供用于在飞行时间成像系统中使用的装置，该装置被配置为执行该方法。
43.可选地，该装置包括：
44.照明部分，其用于发射照明；
45.致动机构，其中，致动机构被包含在照明部分中或者操作地连接到照明部分；和
46.成像部分，其包括图像传感器；
47.至少一个控制器，其操作地连接到至少致动机构和成像部分，并且被配置为执行该方法。
48.可选地，致动机构包括一个或更多个形状记忆合金(sma)部件。这些可以是sma丝
(wires)。
49.附图简述
50.现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的某些实施例，在附图中：
51.图1a是根据本发明的第一实施例的sma致动器的透视图。
52.图1b是以多种配置发射照明的tof系统的示意图，其中每种配置在图像传感器的视场上具有不同的空间变化强度。该系统被示出产生照明的第一配置(a)和第二配置(b)。
53.图2示出了由图1的系统产生的照明的第一配置(a)和第二配置(b)，以及第一配置和第二配置的照明的总和c＝(a b)。
54.图3示出了可以由图1b的系统执行的方法。
55.图4a示出了根据本发明的第二实施例的照明模式。
56.图4b示出了由图1的系统产生的照明的第一配置(a)和最终配置(d)以及中间配置(b，c)。
57.图5a是根据本发明的第二实施例的sma致动器的透视图。
58.图5b和图5c分别示出了现有技术的tof系统和第二实施例的tof系统的透镜的移动。
59.图5d和图5e分别示出了关于非均匀(聚光)照明和均匀(泛光)照明的照明模式。
60.详细描述
61.参考图1至图3，现在将描述tof系统500的示例。
62.图1a示出了在飞行时间传感器系统中实现的sma致动器装置506。致动器装置506包括连接在支撑块16和可移动元件15之间的总共四根sma致动器丝11、12、13、14，该支撑块16形成支撑结构的一部分并安装到基座上。
63.sma致动器丝11至14中的每一个都保持张紧，从而在垂直于设想的主轴(这里称为光轴)的方向上在可移动元件15和支撑块16之间施加力。在操作中，sma致动器丝11至14在垂直于光轴的两个正交方向上相对于支撑块16移动可移动元件15。
64.sma致动器丝11至14在一端通过相应的压接构件17连接到可移动元件15，并且在另一端通过压接构件18连接到支撑块16。压接构件17、18压接丝以机械地保持该丝，可选地通过使用粘合剂来加强该保持。压接构件17、18还向sma致动器丝11至14提供电气连接。然而，将理解，可以可选地使用用于连接sma致动器丝11至14的任何合适的方式。
65.四根sma丝11至14围绕光轴布置成环。四根sma丝由布置在光轴的相对侧上的第一对sma丝11、13和布置在光轴相对侧上的第二对sma丝12、14组成。第一对sma丝11、13能够选择性地驱动以在第一方向上相对于支撑结构移动可移动元件15，并且第二对sma丝12、14能够选择性地驱动以在横向于第一方向的第二方向上相对于支撑结构移动可移动元件15。除了平行于sma丝11至14的方向上的移动由这两对sma丝的致动的组合来驱动，以提供可移动元件在横向方向上的移动的线性组合。观察这种移动的另一种方式在于，在环中彼此相邻的任何一对sma丝的同时收缩将驱动可移动元件在平分这两根sma丝的方向上的移动(即，产生对角移动)。
66.因此，sma丝11至14能够被选择性地被驱动以相对于支撑结构将可移动元件15移动到在垂直于光轴的两个正交方向上的移动范围内的任何位置。移动范围的大小取决于sma丝在其正常操作参数内的几何形状和收缩范围。
67.特别参考图1b，tof系统500包括照明部分，该照明部分包括光源502和一组光学元件504。
68.光源502可以是垂直腔表面发射激光器(vcsel)阵列或另一种类型的激光光源或另一种类型的光源(诸如led光源)。
69.光源502发射的光在从tof系统500发射之前穿过一组一个或更多个光学元件504。
70.该组光学元件504可以包括用于光准直的一个或更多个透镜元件、用于光场控制的一个或更多个衍射光学元件、用于引导光的一个或更多个透镜和/或一个或更多个其他类型的光学元件，例如棱镜、反射镜等。
71.sma致动机构506可操作地连接到一组光学元件504中的一个或更多个，并被配置成移动该一组光学元件504中的一个或更多个。
72.因此，tof系统500能够以多种配置发射照明，其中每种配置在图像传感器的视场上具有不同的空间变化强度。
73.在所示的例子中，一组光学元件504包括衍射光学元件以产生光场，这将在下面更详细地描述。该一组光学元件504还包括透镜(以下称为移位透镜)，致动机构506可操作地连接到该透镜。移位透镜310在垂直于光轴的方向上的平移移动导致光的转向。在图1a中，光被转向左边，在图1b中，光被转向右边。wo 2013/175197 a1中描述的致动机构506通过引用并入本文。
74.tof系统500还包括成像部分，该成像部分包括接收器透镜和/或滤光器系统510以及用于感测从场景反射的光的图像传感器(也称为多像素传感器)512。
75.特别参考图2，tof系统500被配置成发射两种不同配置的照明(下文有时称为配置a和配置b)。在每个配置中，照明很大程度上集中在一系列条纹中，这些条纹一起填充图像传感器512的大约50％的视场，其中配置a中的照明基本上不与配置b中的照明重叠。因此，如附图的下面板所示，配置a和配置b的照明之和在图像传感器512的视场上基本上是均匀的。在一些其他实施例中，在配置a和配置b中的照明之间可能有重叠。例如，在每个配置中，照明可以很大程度上集中在一系列条纹中，这些条纹一起填充图像传感器的多于50％的视场，其中配置a中的照明与配置b中的照明重叠。
76.条纹光场由上述衍射光学元件产生。在配置a中，条纹位于视场的左侧，而在配置b中，条纹位于视场的右侧。如上所述，通过致动机构506平移移动移位透镜310来产生两种配置之间的移动。移位透镜310可以移动大约100μm的距离。
77.特别参考图1，tof系统500还包括控制器550，其可操作地连接到致动机构506和图像传感器512。控制器550被配置成使tof系统500的其他部分如本文所述进行操作。
78.特别地，参考图3，现在将描述由tof系统500执行的一组操作。
79.在第一步骤s1处，tof系统500被布置成以配置a发射照明(参见图1a和图2a)。
80.在第二步骤s2处，tof系统500从图像传感器512获得数据的集合(以下称为“数据a1”)。对于tof系统500，该步骤本身可以以传统方式执行。对于配置a的照明区域(条纹)，可以获得相对高的分辨率和/或距离深度数据。
81.在第三步骤s3处，致动机构506移动移位透镜，使得tof系统500以配置b发射照明(参见图1b和图2b)。
82.在第四步骤s4处，tof系统500从图像传感器512获得数据的集合(以下称为“数据
b1”)，并随后在步骤s4b处理关于帧m的数据的集合。同样，对于tof系统500，该步骤本身可以以传统方式执行，并且对于配置b的照明区域(条纹)，可以获得相对高的分辨率和/或距离深度数据。
83.在第五步骤s5处，tof系统500从图像传感器512获得数据的集合(以下称为“数据b2”)。这个步骤类似于前一步骤s4。
84.在第六步骤s6处，致动机构506移动移位透镜，使得tof系统500以配置a发射照明。
85.在第七步骤s7处，tof系统500从图像传感器512获得数据的集合(以下称为“数据a2”)，并随后在步骤s7b处理关于帧n的数据的集合。这个步骤类似于第二步骤s2。
86.第八步骤s8说明上述步骤s2-s7是否可以重复任何次数。
87.八步骤s9说明tof系统500处理在上述步骤中获得的数据。这可以在如所示的上述步骤之后进行，或者在这些步骤期间进行。获得的数据(即，数据a1、数据a2、数据b1、数据b2)可以用于产生两个深度(或距离)图像帧(帧m和n)。特别地，数据a1和数据b1可以被组合(“融合”)以产生基本上覆盖图像传感器512的全部视场的第一深度图像。此外，数据a2和数据b2可以被组合以产生基本上覆盖图像传感器512的全部视场的第二深度图像(参见图2c)。
88.在获得数据a1之前没有使用致动机构506(并且当重复步骤s2-s7时同样适用)，并且在获得数据b2之前没有使用致动机构506。换句话说，与例如a-b-a-b等的序列相比，通过采用如a-b-b-a等的配置的序列，致动机构506移动的频率减半。换句话说，致动器带宽的需求已经减半，同时确保总是有相邻的a-b对来执行深度融合，因此保持30fps的深度图信息。
89.如上所述，在两种配置之间移动需要大约100μm的移动，并且tof成像系统500的典型循环速率(60hz)大大高于丝的热带宽(7hz)。
90.将采样顺序更改为上述顺序允许以每秒30帧发射复合帧[因为相邻的33ms块包含a和b帧]。然而，对于特定sma致动器丝，这将所需的转换次数减半，并且将转换之间可用的冷却时间量增加一倍以上。这减轻了由于热浸(即，在循环中没有足够的时间来散发热量的情况下由重复致动积累的热量)对sma致动器造成的风险。
[0091]
上述技术特别适用于sma致动器技术，因为它们在加热和冷却响应方面具有不对称性，这意味着希望每隔例如60ms进行一次相对快的移动(约5ms)，而不是每隔例如30ms进行一次。
[0092]
应当理解，上述实施例可以有许多其它变化。
[0093]
例如，照明模式可以不同(例如棋盘)，可以具有不同的填充因子，和/或两种以上不同的配置(例如a、b、c)，在这种情况下，序列可以对应于a-b-c-c-b-a等。
[0094]
图4a示出了根据本发明的第二实施例的照明模式。图4b示出了由图1的系统产生的照明的第一配置(a)和最终配置(d)以及中间配置(b，c)。
[0095]
在该实施例中，照明采用均匀分布在视场上的光点图案的形式。因此，照明可以被称为聚光照明。然而，应当理解，如上所述，可以使用任何光束形状。聚光照明的空间非均匀强度对应于一组区域118，在该一组区域中峰值发射强度基本恒定。在该示例中，在任何给定时间，该一组区域118一起覆盖传感器表面的40％至50％。光点处的照明强度与光点之间的照明强度之比大于30，并且该比可能取决于环境/背景噪声。
[0096]
tof系统500被配置成将聚光照明移动穿过视场的至少一部分以生成输出帧。聚光
照明的移动由sma致动器506引起。sma致动器以扫描模式移动聚光照明穿过视场。在这个示例中，扫描模式120包括第一序列，该第一序列包括：获得对于配置a的数据集，在第一方向上移动聚光照明以将照明从第一配置a切换到第一中间配置b，在第二方向上移动聚光照明以将照明从第一中间配置b切换到第二中间配置c，在第三方向上移动聚光照明以将照明从第二中间配置c切换到最终配置d。第一方向和第三方向平行并且垂直于第二方向。每次移动后，在每个配置处获得一个数据集。
[0097]
扫描模式120还包括第二序列，其中在第一方向上移动聚光照明以将照明从最终配置d切换到第二中间配置c之前获得用于照明的最终配置d的数据集。第二序列还包括：在第四方向上移动聚光照明以将照明从第二中间配置c切换到第一中间配置b，在第三方向上移动聚光照明以将照明从第一中间配置b切换回到第一配置a。第一和第三方向垂直于第四方向。在每次移动之后，在每个配置c、b、a处获得数据集。
[0098]
因此，在重复的周期中，在第一配置a和最终配置d的每一个处连续获得两个数据集，而不在序列之间移动照明。因此，序列对应于a-b-c-d-d-c-b-a
……
a-b-c-d-d-c-b-a。
[0099]
如所示，扫描模式120的第二序列中的配置a-d的顺序与第一序列相反。然而，在其他实施例中，这种相反的顺序可能不是必需的。这可以通过如图4a所示的示例扫描模式122来更好地说明。
[0100]
在扫描模式122中，可选的第一序列包括对角移动聚光照明以将照明从第一配置a直接切换到第二中间配置c，在第四方向上移动聚光照明以将照明从第二中间配置c方向切换到第一中间配置c，以及对角移动聚光照明以将照明从第一中间配置b直接对角切换到最终配置d。因此，所得序列对应于a-c-b-d-d-c-b-a
……
a-c-b-d-d-c-b-a。
[0101]
该一组区域118被布置成使得聚光照明的移动导致该一组区域118在扫描模式的周期期间覆盖超过90％的视场。该一组区域118也被布置成使得聚光照明的移动基本上避免了该一组区域118中的区域在扫描模式的周期期间覆盖传感器表面的相同部分多于一次。
[0102]
随着扫描区域118的尺寸增加，扫描模式的变化可能相应增加。图4c示出了对于具有4
×
4扫描光点的扫描区域118的示例扫描模式124。在序列1中，聚光照明逐行渐进地扫描扫描区域118。一旦获得对于序列1中最后配置的数据集(如图4c所示的左下光点)，聚光照明前进到序列2，在序列2中在移动聚光照明以逐列扫描其余的扫描区域118之前，再次获得其第一配置的数据集(如图4c所示的左下光点)。类似地，从序列2的最后配置和序列3的第一配置中连续获得对于右下光点的两个数据集(如图4c所示)，而不在其间移动聚光照明。同样，从序列3的最后配置和序列4的第一配置中连续获得对于右上光点的两个数据集(如图4c所示)，而不在其间移动聚光照明。最后，聚光照明按序列4逐列扫描扫描区域118，并返回到最终配置的左上角光点(如图4c所示)。此后，扫描周期可以通过开始序列1来重复，其中在不移动聚光照明的情况下获得对于第一配置(如图4c所示的左上光点)的数据集。
[0103]
因此，如图4c所示的示例扫描模式包括四个序列，每个序列在扫描区域118上具有不同的扫描模式，并且获得对于每个光点的两个数据集。
[0104]
tof系统500可以适于不同的应用。例如，在一些其他实施例中，照明可以在照相机的基本上全部视场中基本上是均匀的(即，对应于泛光照明)，而在至少一个其他配置中，照明可以是不均匀的，例如，如上所述或以某种其他方式图案化。这可以利用一组光学元件
504中的一个或更多个相对于上述光学元件的不同移动来实现。
[0105]
图5a示出了与图1的tof系统500中的sma致动器506合作地或分离使用的sma致动器606。sma致动器606被配置成驱动透镜504沿着其光轴移动，以实现照明的聚焦/散焦。如在gb 2569668 b中描述的致动机构606通过引用并入本文。
[0106]
如图5a所示，sma致动器606包括将透镜504支撑在支撑结构2上的悬架系统30。悬架系统30被配置为引导透镜504相对于支撑结构2沿着光轴o的移动，在该示例中光轴o因此是移动方向，同时在其他自由度上限制透镜504相对于支撑结构2的移动。
[0107]
sma致动器606还包括两段sma致动器丝40，它们如下布置成驱动透镜504沿着光轴o移动。两段sma致动器丝40是一根sma致动器丝41的一部分，该一根sma致动器丝41在每一端处通过压接部分42连接到支撑结构2，压接部分42固定在支撑结构顶部的相对角上。该一根sma致动器丝41也通过钩在突起部22周围而连接到透镜元件20。因此，两段sma致动器丝40中的每段的一端连接到支撑结构2，且另一端连接到透镜元件20。
[0108]
当沿着光轴o观察时，两段sma致动器丝40之间具有90度的角度，在该示例中光轴o是移动方向。更一般地，两段sma致动器丝40的取向可以改变，使得沿着光轴o观察时，其间的角度具有小于180度的任何尺寸，优选在70度至110度的范围内。
[0109]
两段sma致动器丝40在施加驱动信号时驱动透镜504沿着光轴o的移动，该驱动信号导致两段sma致动器丝40的加热和冷却。两段sma致动器丝40被驱动信号进行电阻加热，并当驱动信号的功率降低时，由于向周围的热传导进行冷却。两段sma致动器丝40在加热驱动透镜504沿光轴o在向上方向上移动时收缩(在图5a中)。另一组sma致动器丝40可以以倒置配置提供，以驱动透镜504沿着光轴i在向下方向的移动。或者，可替换地，这种向下的移动可以由诸如挠性件的偏压元件提供。
[0110]
图5b和图5c分别示出了已知tof系统和第二实施例的tof系统的透镜的移动。图5d和图5e分别示出了对于非均匀(聚光)照明和均匀(泛光)照明的照明模式。
[0111]
如图5d所示，通过控制致动器移动透镜504以将照明源聚焦到视场中的投影表面上，实现聚光(聚焦的或空间不均匀的)照明。在聚光照明中，可以观察到一个或更多个离散的照明光点。
[0112]
相反，如图5e所示，通过控制器控制致动器移动透镜504以使照明源在投影表面上散焦，实现泛光(散焦或空间均匀的)照明。在聚光照明中，整个视场的照明是均匀的。均匀照明可以在视场的边界内，或者它可以延伸到视场的边界之外，例如照明可以投射到未被照相机捕获的表面上。
[0113]
在如图5b所示的已知tof系统中，曲线图710示出了致动器在泛光位置和聚光(spot)位置之间的移动。也就是说，该序列以获得第一配置a的照明的数据集开始，并且随后将照明移动到最终配置b以获得另一个数据集。此后，照明被移回到第一配置a以开始另一序列。因此，这种已知方法的序列对应于a-b-a-b。
[0114]
在诸如致动器606的聚焦sma致动器中，在泛光位置和聚光位置之间移动透镜504需要有限的时间。此外，在目标位置周围，随着时间的推移，致动器位置存在衰减振荡。值得注意的是，衰减振荡的幅度和衰减时间在泛光位置附近比在聚光位置处更大。无论哪种方式，应尽量减少泛光照明和聚光照明之间的切换。
[0115]
图5c在曲线图720中示出了由tof系统500提供的改进的照明移动，其中第一序列
和第二序列分别由实线和虚线表示。类似于图5b的已知tof系统，该序列以获得第一配置a的照明的数据集开始，并且随后将照明移动到最终配置b以获得另一个数据集。然而，在该实施例中，照明不会立即移回到第一配置a以开始另一个第一序列。相反，在第二序列中，图示停留在最终配置b，以在返回到第一配置a之前获得又一个数据集。因此，在移动照明之前，在每个第一配置和最终配置处连续获得两个数据集。因此，本方法的第一序列和第二序列对应于a-b-b-a
……
a-b-b-a。
[0116]
对于不同水平的聚焦，在第一配置a和最终配置b之间可以有另外的配置c、d，由此第二序列中的配置可以是或者可以不是第一序列的保留顺序(reserve order)。因此，这样的序列可以对应于a-c-d-b-b-d-c-a
……
a-c-d-b-b-d-c-a等。
[0117]
对于更多和更复杂的照明配置，最佳顺序对应于“旅行推销员”型问题(tsp)的解决方案，而不要求第一目的地和最终目的地(配置)相同。只要所有的点都被访问过，那么出站路线(tour)(序列)可以被反转以生成两个序列，这两个序列包括所有需要的数据，同时给出用于移动的最低要求。在使用sma致动器的情况下，最合适的可能是“瓶颈旅行推销员问题”，即寻找所有边都小于或等于x的路线(其中x通常是致动机构转换的距离或时间)。