用于场景的飞行时间感测的方法和装置与流程

1.本公开涉及飞行时间(tof)感测。特别地，示例涉及用于场景的tof感测的方法和装置。


背景技术：

2.tof相机通过发射近红外光来测量距离。对于远距离测量(例如，高达50m)，使用强光源(例如，使用2.5kw的输出功率)。如果对象出现在tof相机附近，则会出现问题，因为该对象可能会导致眩光效应，从而影响tof相机的相邻像素。此外，由于tof相机的像素在接收到过多光线时会饱和，可能会出现问题。
3.因此，可能需要改进的tof感测。


技术实现要素：

4.该要求可以通过所附权利要求的主题来满足。
5.一个示例涉及一种用于场景的tof感测的方法。该方法包括由tof传感器使用第一调制频率执行多个第一tof测量以获取第一测量值。多个第一tof测量值中的每个第一tof测量值的相应相关函数是周期性的，并且在tof传感器的测量范围内表现出随距离增加的幅度。该方法还包括基于第一测量值确定到场景中的对象的距离。
6.另一示例涉及一种用于场景的tof感测的装置。该装置包括被配置为使用第一调制频率执行多个第一tof测量以获取第一测量值的tof传感器。多个第一tof测量中的每个第一tof测量的相应相关函数是周期性的，并且在tof传感器的测量范围内表现出随距离增加的幅度。此外，该装置包括被配置为基于第一测量值确定到场景中的对象的距离的处理电路。
附图说明
7.以下将仅以示例的方式并且参考附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中
8.图1示出了用于场景的tof感测的方法的示例的流程图；
9.图2示出了用于场景的tof感测的装置的示例；
10.图3示出了示例性相关函数；
11.图4示出了示例性序列；
12.图5示出了调制码的示例；
13.图6示出了示例性序列；
14.图7示出了示例性相关函数；
15.图8示出了示例性相关函数；
16.图9示出了相位展开的示例；以及
17.图10示出了示例性相关函数。
具体实施方式
18.现在参考附图更详细地描述一些示例。然而，其他可能的示例不限于详细描述的这些实施例的特征。其他示例可以包括特征的修改以及特征的等同物和备选物。此外，本文中用于描述某些示例的术语不应当限制另外的可能的示例。
19.在整个附图的描述中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的元素和/或特征，它们可以相同或以修改后的形式实现，同时提供相同或相似的功能。为了清楚起见，图中的线、层和/或区域的厚度也可能被夸大。
20.当两个元素a和b使用“或”组合时，这应当理解为公开了所有可能的组合，即，仅a、仅b以及a和b，除非在个别情况下另有明确定义。作为相同组合的替代措词，可以使用“a和b中的至少一个”或“a和/或b”。这等效地适用于两个以上的元素的组合。
21.如果使用单数形式，诸如“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”，并且仅单个元素的使用没有被明确或隐含地定义为强制，则另外的示例也可以使用若干元素来实现相同功能。如果以下将功能描述为使用多个元素来实现，则另外的示例可以使用单个元素或单个处理实体来实现相同功能。还应当理解，术语“包括(include)”、“包括(including)”、“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”在使用时描述指定特征、整体、步骤、操作、过程、元素、组件和/或其一组的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、元素、组件和/或其一组的存在或添加。
22.图1示出了用于场景的tof感测的方法100的示例的流程图。下面将参考图2进一步描述方法100，图2示出了用于场景的tof感测的示例性装置200。
23.装置200包括tof传感器210。tof传感器200包括用于向场景发射调制光脉冲(即，调制光)202的照明元件(电路装置、设备)230。对象201位于场景中并且反射所发射的光脉冲202。tof传感器200另外包括用于捕获从场景接收的光203的光捕获元件(电路装置、设备)220。光203包括对象201对发射的光脉冲202的反射。
24.照明元件230生成调制光脉冲202。照明元件230可以包括任何数目的光源。照明元件230可以例如包括基于照明信号而被激发的一个或多个发光二极管(led)和/或一个或多个激光二极管(例如，一个或多个竖直腔面发射激光器vcsel)。
25.光捕获元件220可以包括各种组件，例如：光学器件(例如，一个或多个镜头)和电子电路装置。特别地，电子电路装置包括图像传感器，该图像传感器包括至少一个光敏元件或像素(例如，包括光子混合器件pmd或电荷耦合器件ccd)。例如，图像传感器可以包括多个光敏元件或像素。至少一个光敏元件或像素是基于参考信号而被驱动的。
26.方法100包括由tof传感器210使用第一调制频率执行102多个第一tof测量以获取第一测量值。照明元件230在相应第一tof测量期间向场景发射相应的调制光脉冲序列。此外，在相应第一tof测量期间，相应的参考信号用于驱动光捕获元件220的至少一个光敏元件或像素。第一调制频率表示参考信号和发射到场景以用于多个第一tof测量的调制光脉冲序列的调制频率。
27.tof传感器210的参数被调节为使得多个第一tof测量中的每个第一tof测量的相应(与光强度无关的)相关函数是周期性的并且在tof传感器的测量范围内表现出随距离增加的幅度。在不考虑(即，忽略、不考虑在内)光203的强度的情况下，相应的(与光强度无关的)相关函数给出了分别接收的光203与相应的参考信号之间的与tof传感器210的距离相
关的相关性。换言之，相应的(与光强度无关的)相关函数仅描述了tof传感器210的输出的距离依赖性，而没有描述tof传感器210的输出对接收光203的强度的依赖性。
28.第一调制频率f
mod1
可以由光速c和多个第一tof测量的(与光强无关的)相关函数的周期长度d
period1
定义：
[0029][0030]
图3示出了由tof传感器210进行的两个第一tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数310和320。图3的横坐标表示tof传感器210与对象201之间的距离。纵坐标表示每个相关函数的值。图3中进一步示出了tof传感器210的示例性测量范围330。
[0031]
在tof传感器210的测量范围330内，相关函数310和320都表现出幅度随距离增加的正弦(即，周期性)曲线(形状)。然而，应当注意，根据所提出的技术的相关函数不需要在tof传感器210的测量范围内表现出幅度随距离增加的正弦曲线。一般而言，相关函数可以在tof传感器210的测量范围内表现出幅度随距离增加的任何类型的周期性曲线。例如，替代地，相关函数可以在tof传感器210的测量范围内表现出三角形的幅度随距离增加的三角形曲线。
[0032]
相关函数310和320表现出相同的周期长度。
[0033]
由于在tof传感器210的测量范围330内相关函数310和320的幅度增加，因此第一tof测量对来自tof传感器210附近的光203不太敏感。换言之，相关函数310和320被成形为使得较大的相关强度被赋予较远离tof传感器210的距离(区域)。结果，较近的距离(区域)获取较少的相关性并且较远的距离(区域)获取较高的相关性。
[0034]
从场景中的对象201接收的反射的光强度随着tof传感器210与对象201之间的距离而减小。例如，可以假定光强度根据平方反比定律减小。也就是说，在tof传感器210处接收的光203的距离相关光强度可以假定如下：
[0035][0036]
i表示在tof传感器210处接收的光的光强度，d表示tof传感器210与将所发射的光脉冲202反射回tof传感器210的对象201之间的距离。
[0037]
随着tof传感器210对来自tof传感器210附近的光的灵敏度降低，可以避免由于来自tof传感器210附近的强反射而导致的光捕获元件220的一个或多个光敏元件或像素的饱和。此外，可以省略或至少减少由tof传感器210附近的对象对所发射的光脉冲202的反射引起的眩光效应。
[0038]
用于tof测量的tof传感器210的输出与从对象201接收的反射的光强度成比例。例如，由tof传感器210输出的用于多个第一tof测量中的一个第一tof测量的第一测量值可以由在该tof测量期间从对象201接收的反射的光强度与在导致所接收的反射的对象201的距离处的tof测量的(与光强无关的)相关函数的值的乘积来确定。
[0039]
此外，相关函数的周期性曲线允许根据标准方法来确定tof传感器210与对象201之间的距离。再次参考图1，方法100还包括基于第一测量值确定104到场景中的对象201的距离。
[0040]
特别地，第一测量值允许确定在相应第一tof测量期间用于驱动光捕获元件220的至少一个光敏元件或像素的相应参考信号与由光捕获元件230在相应第一tof测量期间从场景接收的相应光203(即，由对象201引起的发射光脉冲202的反射)之间的相应相移。
[0041]
例如，在执行两个第一tof测量的情况下，相移可以如下确定：
[0042][0043]
其中c1和c2表示两个第一tof测量的第一测量值。
[0044]
在执行四个第一tof测量的情况下，相移可以如下确定：
[0045][0046]
其中c1、c2、c3和c4表示四个第一tof测量的第一测量值。
[0047]
应当注意，在相应第一tof测量期间发射到场景的相应调制光脉冲202序列与在相应第一tof测量期间用于驱动tof传感器210的光捕获元件220的相应参考信号之间，针对多个第一tof测量分别使用不同时间偏移。用于第一tof测量的时间偏移是由第一调制频率f
mod1
的倒数给出的第一周期长度t1的分数的整数倍，即：
[0048][0049]
例如，在执行两个第一tof测量的情况下，可以使用n＝0、1的时间偏移n
·
t1/4。类似地，在执行四个第一tof测量的情况下，可以使用n＝0、1、2、3的时间偏移n
·
t1/4。在第一tof测量期间发射到场景的调制光脉冲202序列可以是相同的。因此，用于第一tof测量的参考信号可以时移n
·
t1/4。第一测量值ci与参数n相关，如下：
[0050]
i＝n 1
ꢀꢀꢀ
(6)
[0051]
由于不同的时间偏移，图3所示的相关函数310和320相对于彼此偏移。
[0052]
执行四个第一tof测量而不是两个第一tof测量可以允许省略与光捕获元件220的至少一个光敏元件或像素相关的误差。例如，可以补偿增益误差或由于背景光引起的误差。误差补偿是可能的，因为使用反向参考信号执行两对tof测量(n＝0、2的参考信号相对于彼此反转，并且n＝1、3的参考信号相对于彼此反转)使得差异c
2-c4和c
1-c3抵消这些误差。然而，应当注意，本技术不限于执行两个或四个第一tof测量。通常，可以执行任何数目l≥2的tof测量。
[0053]
tof传感器210到对象201的距离d可以基于相移来确定，如下：
[0054][0055]
装置200包括相应配置的处理电路240，处理电路240耦合到tof传感器210。例如，处理电路240可以是单个专用处理器、单个共享处理器或多个个体处理器，其中一些或所有个体处理器可以共享，包括数字信号处理器(dsp)硬件、专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga)。处理电路240可以可选地耦合到例如用于存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)和/或非易失性存储器。处理电路240被配置为基于第一测量值来确定
到场景中的对象201的距离。
[0056]
例如，处理电路240还可以输出指示到对象201的距离的数据(例如，二维深度图像或三维点云)。
[0057]
装置200可以包括另外的硬件——传统的和/或定制的。
[0058]
方法100以及装置200可以允许确定到场景中的对象201的距离，同时省略光捕获元件220的一个或多个光敏元件或像素的眩光效应和饱和。换言之，方法100和装置200可以改进tof感测。
[0059]
可以借助于所发射的调制光脉冲和用于驱动光捕获元件220的参考信号来调节多个第一tof测量的(与光强度无关的)相关函数的曲线(形状)。这将在下面针对图4至图7的第一tof测量中的一个进行描述。应当注意，以下描述的方面也可以用于其他第一tof测量。
[0060]
如上所述，当执行tof测量时，调制光脉冲202序列被发射到场景。调制光脉冲序列是根据调制码的一连串(succession)的第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列。第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列彼此不同。特别地，第一类型的光脉冲子序列各自包括第一类型的相应光脉冲子序列的在第一位置处的光脉冲。第二类型的光脉冲子序列各自包括第二类型的相应光脉冲子序列的仅在不同于第一位置的位置处的光脉冲。例如，第一类型的光脉冲子序列各自可以包括第一类型的相应光脉冲子序列的仅在奇数位置处的光脉冲，而第二类型的光脉冲子序列各自可以包括第二类型的相应光脉冲子序列的仅在偶数位置处的光脉冲，反之亦然。
[0061]
图4在子图(a)中示出了照明信号的示例性第一序列410，照明元件230根据该第一序列410向场景发射光脉冲202。照明信号的在第一序列410中的每个高脉冲对应于第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲。类似地，图4在子图(b)中示出了照明信号的示例性第二序列420，照明元件230根据该第二序列420向场景发射光脉冲202。照明信号的在第二序列420中的每个高脉冲对应于第二类型的光脉冲子序列中的光脉冲。从图4的子图(a)和(b)可以看出，照明信号的第一序列410包括仅在奇数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙1、3、5、
……
处的脉冲为高脉冲)，并且照明信号的第二序列420包括仅在偶数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙2、4、6
……
处的脉冲为高脉冲)，使得第一类型的相应地发射的光脉冲子序列包括仅在奇数位置处的光脉冲，而第二类型的相应地发射的光脉冲子序列包括仅在偶数位置处的光脉冲。换言之，第二类型的光脉冲子序列包括仅在与第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲的位置不同的位置处的光脉冲。在图4的示例中，第二类型的光脉冲子序列相对于第一类型的光脉冲子序列被反转。
[0062]
照明信号的第一序列410和照明信号的第二序列420中的每个表现出相等持续时间(长度)的高脉冲和低脉冲的相应交替系列。因此，第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列中的每个是具有相等脉冲长度(持续时间)和相等脉冲间隔的相应光脉冲序列。因此，照明信号的序列410和420以及因此第一类型和第二类型的个体光脉冲子序列可以被理解为连续波(cw)段。
[0063]
如上所述，第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列根据调制码被依次发射。图5中示出了示例性调制码500。调制码500是巴克码(序列)。然而，所提出的技术不限于此。也可以使用其他调制码，例如伪随机序列，诸如kasami码序列或最大长度序列(m序列)。
[0064]
图1所示的巴克码为1110010。巴克码中的每个“1”表示第一类型的光脉冲子序列(即，照明信号的第一序列410)，巴克码中的每个“0”表示第二类型的光脉冲子序列(即，照明信号的第二序列420)。相应地，第一类型的光脉冲子序列被连续发射三次，然后第二类型的光脉冲子序列被连续发射两次，然后第一类型的光脉冲子序列被发射一次，最后，第二类型的光脉冲子序列被发射一次。换言之，第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列根据为tof测量而选择的调制码被级联。
[0065]
第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列表现出相同的占空比。占空比可以根据需要来选择。例如，占空比可以是25％。然而，也可以使用更低或更高的占空比值。信号的占空比表示一个周期中信号处于活动状态的比例。例如，第一类型的光脉冲子序列的占空比表示第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲的总持续时间与第一类型的光脉冲子序列的总周期(持续时间)的比率。类似地，第二类型的光脉冲子序列的占空比表示第二类型的光脉冲子序列中的光脉冲的总持续时间与第二类型的光脉冲子序列的总周期(持续时间)的比率。
[0066]
再次参考图4，tof传感器210的光捕获元件220在执行tof测量时基于参考信号被驱动。类似于上面针对所发射的调制光脉冲序列而描述的，参考信号包括根据调制码的一连串的第一类型的电脉冲序列和第二类型的电脉冲序列。第一类型的电脉冲序列和第二类型的电脉冲序列彼此不同。特别地，第一类型的电脉冲序列各自包括第一类型的相应电脉冲序列的在第二位置处的高脉冲。第二类型的电脉冲序列各自包括第二类型的相应电脉冲序列的仅在不同于第二位置的位置处的高脉冲。例如，第一类型的电脉冲序列各自可以包括第一类型的相应电脉冲序列的仅在奇数位置处的高脉冲，而第二类型的电脉冲序列各自可以包括第二类型的相应电脉冲序列的仅在偶数位置处的高脉冲，或反之亦然。图4在子图(c)中示出了第一类型的示例性电脉冲序列430，并且在子图(d)中示出了第二类型的示例性电脉冲序列440。从图4的子图(c)和(d)可以看出，第一类型的电脉冲序列430包括仅在奇数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙1、3、5、
……
处的脉冲为高脉冲)，并且第二类型的电脉冲序列440包括仅在偶数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙2、4、6
……
处的脉冲为高脉冲)。换言之，第二类型的电脉冲序列440包括仅在与第一类型的电脉冲序列430中的高脉冲的位置不同的位置处的高脉冲。在图4的示例中，第二类型的电脉冲序列440相对于第一类型的电脉冲序列430被反转。
[0067]
tof传感器210的光捕获元件220根据调制码基于第一类型的电脉冲序列430和第二类型的电脉冲序列440被依次驱动。再次参考图5的示例，巴克码中的“1”表示第一类型的电脉冲序列430，“0”表示第二类型的电脉冲序列440。因此，tof传感器210的光捕获元件220基于第一类型的电脉冲序列430被连续驱动三次，然后基于第二类型的电脉冲序列440被连续驱动两次，然后基于第一类型的电脉冲序列430被驱动一次，最后基于第一类型的电脉冲序列430被驱动一次。换言之，第一类型的电脉冲序列430和第二类型的电脉冲序列440根据为tof测量而选择的调制码被级联。
[0068]
应当注意，照明信号的序列410和420的长度、电脉冲序列430和440的长度、以及调制码500的长度仅仅是示例性的。第一类型和第二类型的光脉冲子序列中的光脉冲的数目、第一类型和第二类型的电脉冲序列中的电脉冲的数目、以及所使用的调制码的长度可以长于或短于如图4和图5所示的长度。例如，第一类型和/或第二类型或示例性的示例性光脉冲
子序列中的光脉冲的数目和/或第一类型和/或第二类型的示例性电脉冲序列中的电脉冲的数目可以是图4所示的脉冲数目的u倍。类似地，示例性调制码的长度可以是调制码500的长度的v倍。
[0069]
根据图4的示例，第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列包括相同数目的光脉冲。在其他示例中，第一类型的光脉冲子序列各自可以包括第一数目的光脉冲，而第二类型的光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列可以包括不同于第一数目的光脉冲的第二数目的光脉冲。第二类型的其他光脉冲子序列可以包括第一数目的光脉冲。例如，第二类型的光脉冲子序列中的一个或多个可以包括比第一类型的光脉冲子序列更多或更少的光脉冲。换言之，第二类型的光脉冲子序列中的至少一些可以具有与第一类型的光脉冲子序列不同的长度。改变第二类型的光脉冲子序列中的至少一些的长度可以与调制码的设计一起允许塑造(shape)(与光强度无关的)相关函数的幅度的增加。例如，可以调节(与光强度无关的)相关函数的幅度的增加以抵消光强度随距离的降低。换言之，周期性相关函数的幅度可以随距离以二次方式增加。
[0070]
第一类型的光脉冲子序列中的每个光脉冲子序列中的光脉冲的数目可以与第一类型的电脉冲序列的高脉冲的数目相同，类似于图4所示的。在图4中，与第一类型的光脉冲子序列相对应的照明信号的第一序列410表现出与第一类型的电脉冲序列430相同数目的脉冲。类似地，第二类型的光脉冲子序列中的每个光脉冲子序列中的光脉冲的数目可以与图4所示的第二类型的电脉冲序列的高脉冲的数目相同。在图4中，与第二类型的光脉冲子序列相对应的照明信号的第二序列420表现出与第二类型的电脉冲序列440相同数目的脉冲。
[0071]
在其他示例中，第一类型的光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列可以包括一定数目的光脉冲，该一定数目小于第一类型的电脉冲序列中的高脉冲的相应数目。另外地或替代地，第二类型的光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列可以包括一定数目的光脉冲，该一定数目小于第二类型的电脉冲序列中的高脉冲的相应数目。这在图6中示出。
[0072]
类似于图4，图6在子图(a)中示出了照明信号的示例性第一序列610，照明元件230根据该第一序列610向场景发射光脉冲202。照明信号的在第一序列610中的每个高脉冲对应于第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲。类似地，图6在子图(b)中示出了照明信号的示例性第二序列620，照明元件230根据该第二序列620向场景发射光脉冲202。照明信号的在第二序列620中的每个高脉冲对应于第二类型的光脉冲子序列中的光脉冲。与照明信号的序列410和420一样，照明信号的序列610和620也彼此不同，使得第一类型的相应地发射的光脉冲子序列和第二类型的相应地发射的光脉冲子序列也彼此不同。特别地，照明信号的第一序列610包括仅在奇数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙3和5处的脉冲为高脉冲)，并且照明信号的第二序列420包括仅在偶数位置处的高脉冲(即，在位置/时隙4和6处的脉冲为高脉冲)，使得第一类型的相应地发射的光脉冲子序列包括仅在奇数位置处的光脉冲并且第二类型的相应地发射的光脉冲子序列包括仅在偶数位置处的光脉冲。换言之，第二类型的光脉冲子序列包括仅在与第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲的位置不同的位置处的光脉冲。
[0073]
与照明信号的序列410和420相比，在照明信号的序列610和620中，第一高脉冲和最后的高脉冲被跳过(省略)。
[0074]
类似于图4，图6在子图(c)中示出了第一类型的示例性电脉冲序列630，并且在子图(d)中示出了第二类型的示例性电脉冲序列640。图6所示的电脉冲序列630和640与图4所示的电脉冲序列430和440相同。
[0075]
照明信号的第一序列610中的脉冲的数目以及因此第一类型的光脉冲子序列中的光脉冲的数目小于第一类型的电脉冲序列630中的高脉冲的数目。类似地，照明信号的第二序列620中的脉冲的数目以及因此第二类型的光脉冲子序列中的光脉冲的数目小于第二类型的电脉冲序列640中的高脉冲的数目。
[0076]
因此，从第一类型的光脉冲子序列的开始到第一类型的光脉冲子序列中的第一光脉冲的时间跨度长于从第一类型的电脉冲序列630的开始到第一类型的电脉冲序列630中的第一高脉冲的时间跨度。类似地，从第一类型的光脉冲子序列中的最后的光脉冲到第一类型的光脉冲子序列的结束的时间跨度大于从第一类型的电脉冲序列630中的最后的高脉冲到第一类型的电脉冲序列630的结束的时间跨度。对于第二类型的光脉冲子序列和第二类型的电脉冲序列640也是如此。
[0077]
使用光脉冲子序列与电脉冲序列之间的这种关系可以允许塑造tof测量的(与光强度无关的)相关函数。这在图7中示例性地示出。
[0078]
图7示出了由tof传感器210进行的两个第一tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数710和720。如图6所示的光脉冲子序列和电脉冲序列用于两个第一tof测量。图7的横坐标表示tof传感器210与对象201之间的距离。纵坐标表示相应相关函数的值。tof传感器210的测量范围在图7中未明确示出，但范围在纵坐标上从0到大约6.1。
[0079]
与图3所示的相关函数310和320一样，相关函数710和720在tof传感器210的测量范围内也表现出幅度随距离增加的正弦(即，周期性)曲线(形状)。
[0080]
然而，与相关函数310和320相比，相关函数710和720表现出最大相关的一个完整周期(摆动)。在距离区域730中，相关函数710和720中的每个表现出最大相关的一个完整周期。使用在完整周期内提供最大相关性的相关函数可能有利于例如长距离tof感测，因为所接收的光强度可能会在更长的范围内受到限制。因此，在第一类型和第二类型的光脉冲子序列中的至少一些光脉冲子序列中跳过第一光脉冲和最后的光脉冲可以实现在更长距离范围内的改进的tof感测。
[0081]
然而，应当注意，所提出的技术不限于仅跳过第一类型和第二类型的光脉冲子序列中的一个或多个光脉冲子序列中的第一光脉冲和最后的光脉冲。也可以跳过第一类型和第二类型的光脉冲子序列中的一个或多个光脉冲子序列中的其他脉冲。就所发射的光脉冲202的光强度而言，用于tof感测的照明元件变得越来越强大。为了遵守例如眼睛安全规定，诸如照明元件230等照明元件每单位时间发射的用于tof测量的光量可能会受到限制。因此，可以跳过第一类型和第二类型的光脉冲子序列中的脉冲以限制所发射的光的量。例如，可以跳过10％到90％的脉冲。
[0082]
同样，在这种情况下，第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列中的每个表现出相等脉冲长度的相应光脉冲系列。然而，与直接相邻的光脉冲的脉冲间隔是相应光脉冲系列中的光脉冲中的一个或多个光脉冲的脉冲长度的(2
·
m 1)倍，其中m≥1。与直接相邻的光脉冲的脉冲间隔等于相应光脉冲系列中的其他光脉冲的脉冲长度(即，m＝0)。
[0083]
tof感测的另一方面是tof测量的模糊性。tof测量的最大明确距离范围du与调制频率f
mod
成反比：
[0084][0085]
超出该距离的测量对象被环绕以落在[0，du)范围内，从而看起来比实际距离更近。降低调制频率f
mod
将允许扩展明确距离范围du，但会导致距离测量的精度降低。
[0086]
可以通过在不同的第二调制频率下执行附加的tof测量来克服距离测量的模糊性。再次参考图1和图2，方法100可以可选地还包括由tof传感器210使用第二调制频率执行106多个第二tof测量以获取第二测量值。第二调制频率不同于第一调制频率(例如，更高或更低)。与上面针对第一tof测量而描述的类似，多个第二tof测量中的每个第二tof测量的相应相关函数是周期性的，并且在tof传感器210的测量范围内表现出随距离增加的幅度。确定104tof传感器210到场景中的对象201的距离的步骤因此进一步基于第二测量值。
[0087]
类似于上述数学表达式(1)，第二调制频率f
mod2
可以由光速c和多个第二tof测量的(与光强无关的)相关函数的周期长度d
period2
定义：
[0088][0089]
图8在子图(a)中示出了由tof传感器210进行的两个第一tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数810和820。此外，图8在子图(b)中示出了由tof传感器210进行的两个第二tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数830和840。图8的每个子图中的横坐标表示tof传感器210与对象201之间的距离。图8的每个子图中的纵坐标表示相应相关函数的值。图8中进一步示出了tof传感器210的示例性测量范围850。
[0090]
用于第一调制频率f
mod1
的相关函数810和820以及用于第二调制频率f
mod2
的相关函数830和840在tof传感器210的测量范围850内表现出幅度随距离增加的正弦(即，周期性)曲线(形状)。相关函数810和820表现出相同的第一周期长度。相关函数830和840表现出相同的第二周期长度。
[0091]
与以上针对多个第一tof测量而描述的类似，在相应第二tof测量期间发射到场景的相应调制光脉冲202序列与在相应第二tof测量期间用于驱动tof传感器210的光捕获元件220的相应参考信号之间，针对多个第二tof测量分别使用不同时间偏移。用于第二tof测量的时间偏移是由第二调制频率f
mod2
的倒数给出的第二周期长度t2的分数的整数倍，即：
[0092][0093]
例如，在执行两个第二tof测量的情况下，可以使用n＝0、1的时间偏移n
·
t2/4。类似地，在执行四个第二tof测量的情况下，可以使用n＝0、1、2、3的时间偏移n
·
t2/4。在第二tof测量期间发射到场景的调制光脉冲202序列可以是相同的。因此，用于第二tof测量的参考信号可以时移n
·
t1/4。
[0094]
如上所述，如果对象201超出第一tof测量的明确距离d
u1
，则它被环绕以落在第一tof测量的明确距离范围[0，d
u1
)内。类似地，如果对象201超出第二tof测量的明确距离d
u2
，
则它被环绕以落在第二tof测量的明确距离范围[0，d
u2
)内。因此，对象201看起来比它实际上更接近。
[0095]
换言之，多个第一tof测量以及多个第二tof测量各自给出了对象201的几个可能距离。
[0096]
对于第一tof测量，对象201到tof传感器210的可能距离由下式给出：
[0097][0098]
表示根据例如数学表达式(3)和(4)中的一个从第一测量值确定的相位值。数学表达式(11)的第一项对应于上述数学表达式(7)。数学表达式(11)的第二项基于上述数学表达式(8)，并且描述了对象201的实际距离可以是第一tof测量的明确距离d
u1
的k1倍并且由于相位缠绕而大于根据数学表达式(7)确定的距离，其中k1＝0、1、2、......。
[0099]
类似地，对于第二tof测量，对象201到tof传感器210的可能距离由下式给出：
[0100][0101]
表示根据例如数学表达式(3)和(4)中的一个从第二测量值确定的相位值。数学表达式(12)的第一项对应于上述数学表达式(7)。数学表达式(12)的第二项基于上述数学表达式(8)，并且描述了对象201的实际距离可以是第二tof测量的明确距离d
u2
的k2倍并且大于根据数学表达式(7)确定的距离，其中r2＝0、1、2、......。
[0102]
这在图9中示例性地示出。图9示出了用于具有两种不同调制频率的tof测量的对象201到tof传感器210的可能距离。第一调制频率约为150mhz使得第一tof测量的明确距离d
u1
为1m。第二调制频率约为100mhz使得第二tof测量的明确距离d
u2
为1.5m。
[0103]
根据数学表达式(7)，基于第一测量值而确定的相位值使得对象201到tof传感器210的距离为1m。该距离在图9中表示为距离d
1_0
。然而，如数学表达式(11)所示，对象201到tof传感器210的距离也可以是1
·
1m、2
·
1m、......更大。针对k1＝1和k1＝2的可能距离在图9中表示为d
1_1
和d
1-2
。
[0104]
类似地，根据数学表达式(7)，基于第二测量值而确定的相位值使得对象201到tof传感器210的距离为1.5m。该距离在图9中表示为距离d
2_0
。然而，如数学表达式(12)所示，对象201到tof传感器210的距离也可以是1
·
1.5m、2
·
1.5m、......更大。针对k2＝1的可能距离在图9中表示为d
2_1
。
[0105]
数学表达式(11)和(12)仅针对一个特定距离，即，针对一致的参数k1和k2的一个特定值对。例如，可以确定根据数学表达式(11)和(12)的距离d1和d2对于参数k1和k2的哪些整数值彼此相同或彼此相差小于阈值(以考虑有限的测量精度)。因此，可以基于第一测量值根据数学表达式(11)确定第一距离估计d1。类似地，可以基于第二测量值根据数学表达式(12)确定第二距离估计d2。
[0106]
在图9的示例中，数学表达式(11)和(12)仅在k1＝2和k2＝1时一致，使得第一距离估计d1＝3m并且第二距离估计d2＝3m。
[0107]
到对象201的距离d可以基于第一距离估计d1和第二距离估计d2来确定。例如，可以对这两个距离估计进行平均以考虑多个第一tof测量和多个第二tof测量的测量误差：
[0108][0109]
在其他示例中，可以使用加权平均：
[0110]
d＝w1·
d1 w2·
d2ꢀꢀꢀ
(14)
[0111]
权重w1和w2可以基于各种参数，诸如第一调制频率和第二调制频率或者第一测量值的幅度和第二测量值的幅度。
[0112]
多个第二tof测量的(与光强度无关的)相关函数的曲线(形状)可以借助于所发射的调制光脉冲和用于驱动光捕获元件220的参考信号类似于针对多个tof第一测量的相关函数而描述的那样进行调节。这将在下面针对第二tof测量中的一个进行描述。应当注意，以下描述的方面也可以用于其他第一tof测量。
[0113]
与上面描述的类似，当执行第二tof测量时，另一调制光脉冲202序列被发射到场景。另一调制光脉冲序列是根据另一调制码的一连串的第三类型的光脉冲子序列和第四类型的光脉冲子序列。第三类型的光脉冲子序列和第四类型的光脉冲子序列彼此不同，这类似于上述内容。具体地，第三类型的光脉冲子序列每个包括第三类型的相应光脉冲子序列的在第三位置(例如，奇数位置)处的光脉冲，并且第四类型的光脉冲子序列每个包括第四类型的相应光脉冲子序列的仅在不同于第三位置的位置(例如，偶数位置)处的光脉冲。由于用于多个第一tof测量和多个第二tof测量的不同调制频率，第三类型和第四类型的光脉冲子序列的脉冲长度和脉冲间隔不同于第一类型和第二类型的光脉冲子序列的脉冲长度和脉冲间隔。除此之外，与以上针对第一类型和第二类型的光脉冲子序列而描述的相同的原理可以应用于第三类型和第四类型的光脉冲子序列。
[0114]
此外，当执行第二tof测量时，tof传感器210的光捕获元件220基于另一参考信号被驱动，这类似于上述内容。另一参考信号包括根据另一调制码的一连串的第三类型的电脉冲序列和第四类型的电脉冲序列。第三类型的电脉冲序列和第四类型的电脉冲序列彼此不同，这类似于上述内容。特别地，第三类型的电脉冲序列每个包括第三类型的相应电脉冲序列的在第四位置(例如，奇数位置)处的高脉冲，并且第四类型的电脉冲序列每个包括第四类型的相应电脉冲序列的仅在不同于第四位置的位置(例如，偶数位置)处的高脉冲。由于用于多个第一tof测量和多个第二tof测量的不同调制频率，由于调制频率不同，第三类型和第四类型的电脉冲序列中的高脉冲和低脉冲的脉冲长度不同于第一类型和第二类型的电脉冲序列中的高脉冲和低脉冲的脉冲长度。除此之外，与以上针对第一类型和第二类型的电脉冲序列而描述的相同的原理可以应用于第三类型和第四类型的电脉冲序列。
[0115]
用于多个第一tof测量的调制码和用于多个第二tof测量的另一调制码可以彼此相同或彼此不同。相同的其他调制码用于多个第二tof测量。例如，在图8的示例中，相同的调制码用于多个第一tof测量和多个第二tof测量。结果，在与两个第一tof测量的相关函数810和820稍有不同的距离区域中，两个第二tof测量的相关函数830和840表现出它们的最高幅度。
[0116]
对于上述相位展开，在基本相同的距离区域中具有第一tof测量和第二tof测量两者的相关函数的最高幅度可能是有益的。最高幅度的相应位置可以经由用于多个第一tof
测量和多个第二tof测量的相应调制码来调节。换言之，用于多个第一tof测量的调制码和用于多个第二tof测量的另一调制码可以彼此不同，以使相应相关函数的最高幅度偏移，使得它们是基本相同的距离区域。例如，多个第一tof测量的相关函数可以在第一距离处表现出其相应最大幅度，并且多个第二tof测量的相关函数可以在第二距离处表现出其相应最大幅度，使得第一距离与第二距离的差异小于20％、10％或5％。
[0117]
这在图10中示例性地示出。图10在子图(a)中示出了由tof传感器210进行的两个第一tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数1010和1020。此外，图10在子图(b)中示出了由tof传感器210进行的两个第二tof测量的两个示例性(与光强度无关的)相关函数1030和1040。图10的每个子图中的横坐标表示tof传感器210与对象201之间的距离。图10的每个子图中的纵坐标表示相应相关函数的值。tof传感器210的测量范围在图10中未明确示出，但范围在纵坐标上从0到大约0.4.3。
[0118]
第一调制频率f
mod1
的相关函数1010和1020以及第二调制频率f
mod2
的相关函数1030和1040在tof传感器210的测量范围内表现出幅度随距离增加的正弦(即，周期性)曲线(形状)。
[0119]
第一调制码用于两个第一tof测量，并且不同的第二调制码用于两个第二tof测量。从图10可以看出，两个第一tof测量的相关函数1010和1020以及两个第二tof测量的相关函数1030和1040在纵坐标上的大约距离4处(即，在基本上相同的距离处)表现出其相应最高幅度。
[0120]
进一步地，用于多个第一tof测量的调制码和用于多个第二tof测量的另一调制码可以选择为彼此不同，以确保多个第一tof测量的相关函数的幅度和多个第二tof测量值的相关函数的幅度随距离类似地(以类似方式)增加。
[0121]
如本文中描述的示例可以总结如下：
[0122]
一个示例涉及一种用于场景的tof感测的方法。所述方法包括由tof传感器使用第一调制频率执行多个第一tof测量以获取第一测量值。所述多个第一tof测量中的每个第一tof测量的相应相关函数是周期性的并且在所述tof传感器的测量范围内表现出随距离增加的幅度。所述方法还包括基于所述第一测量值确定到所述场景中的对象的距离。
[0123]
在一些示例中，在相应第一tof测量期间发射到所述场景的相应调制光脉冲序列与在所述相应第一tof测量期间用于驱动所述tof传感器的光捕获元件的相应参考信号之间，针对所述多个第一tof测量分别使用不同时间偏移。
[0124]
根据一些示例，用于所述tof测量的所述时间偏移是由所述第一调制频率的倒数给出的第一周期长度的分数的整数倍。
[0125]
在一些示例中，在所述第一tof测量期间发射到所述场景的所述调制光脉冲序列是相同的。
[0126]
根据一些示例，执行所述第一tof测量中的一个第一tof测量包括向所述场景发射调制光脉冲序列，其中所述调制光脉冲序列是根据调制码的一连串的第一类型的光脉冲子序列和第二类型的光脉冲子序列，并且其中所述第一类型的所述光脉冲子序列每个包括所述第一类型的相应光脉冲子序列的在第一位置处的光脉冲，并且所述第二类型的所述光脉冲子序列每个包括所述第二类型的相应光脉冲子序列的仅在不同于所述第一位置的位置处的光脉冲。
[0127]
在一些示例中，所述第一类型的所述光脉冲子序列每个包括第一数目的光脉冲，其中所述第二类型的所述光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列包括不同于所述第一数目的光脉冲的第二数目的光脉冲。
[0128]
根据一些示例，执行所述第一tof测量中的一个第一tof测量还包括基于参考信号驱动所述tof传感器的光捕获元件，其中所述参考信号包括根据所述调制码的一连串的第一类型的电脉冲序列和第二类型的电脉冲序列，并且其中所述第一类型的所述电脉冲序列每个包括所述第一类型的相应电脉冲序列的在第二位置处的高脉冲，并且所述第二类型的所述电脉冲序列每个包括所述第二类型的相应电脉冲序列的仅在不同于所述第二位置的位置处的高脉冲。
[0129]
在一些示例中，所述第一类型的所述光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列包括一定数目的光脉冲，该一定数目小于所述第一类型的所述电脉冲序列中的高脉冲的相应数目，和/或所述第二类型的所述光脉冲子序列中的至少一个光脉冲子序列包括一定数目的光脉冲，该一定数目小于所述第二类型的所述电脉冲序列中的高脉冲的相应数目。
[0130]
根据一些示例，从所述第一类型的所述光脉冲子序列中的所述至少一个光脉冲子序列的开始到所述第一类型的所述光脉冲子序列中的所述至少一个光脉冲子序列中的第一光脉冲的时间跨度长于从所述第一类型的所述电脉冲序列中的一个电脉冲序列的开始到所述第一类型的所述电脉冲序列中的所述一个电脉冲序列中的第一高脉冲的时间跨度，和/或其中从所述第一类型的所述光脉冲子序列中的所述至少一个光脉冲子序列中的最后的光脉冲到所述第一类型的所述光脉冲子序列中的所述至少一个光脉冲子序列的结束的时间跨度长于从所述第一类型的所述电脉冲序列中的所述一个电脉冲序列中的最后的高脉冲到所述第一类型的所述电脉冲序列中的所述一个电脉冲序列的结束的时间跨度。
[0131]
在一些示例中，所述第一类型的所述光脉冲子序列和所述第二类型的所述光脉冲子序列中的每个表现出相等脉冲长度的相应光脉冲系列，其中与直接相邻的光脉冲的脉冲间隔是相应光脉冲系列中的所述光脉冲中的一个或多个光脉冲的所述脉冲长度的(2
·
m 1)倍，其中m≥1，并且其中与所述直接相邻的光脉冲的所述脉冲间隔等于所述相应光脉冲系列中的其他光脉冲的所述脉冲长度。
[0132]
根据一些示例，所述第一类型的所述光脉冲子序列和所述第二类型的所述光脉冲子序列表现出相同的占空比。
[0133]
在一些示例中，所述方法还包括由所述tof传感器使用第二调制频率执行多个第二tof测量以获取第二测量值，其中所述多个第二tof测量中的每个第二tof测量的相应相关函数是周期性的并且在所述tof传感器的所述测量范围内表现出随距离增加的幅度，并且其中确定到所述场景中的所述对象的所述距离还基于所述第二测量值。
[0134]
根据一些示例，确定到所述场景中的所述对象的所述距离包括：基于所述第一测量值确定第一距离估计；基于所述第二测量值确定第二距离估计；以及基于所述第一距离估计和所述第二距离估计确定到所述场景中的所述对象的所述距离。
[0135]
在一些示例中，所述第一tof测量的所述相关函数在第一距离处表现出其相应最大幅度，其中所述第二tof测量的所述相关函数在第二距离处表现出其相应最大幅度，并且其中所述第一距离与所述第二距离相差小于20％。
[0136]
根据一些示例，执行所述第二tof测量中的一个第二tof测量包括：向所述场景发
射另一调制光脉冲序列，其中所述另一调制光脉冲序列是根据另一调制码的一连串的第三类型的光脉冲子序列和第四类型的光脉冲子序列，其中所述第三类型的所述光脉冲子序列每个包括所述第三类型的相应光脉冲子序列的在第三位置处的光脉冲，并且所述第四类型的所述光脉冲子序列每个包括所述第四类型的相应光脉冲子序列的仅在不同于所述第三位置的位置处的光脉冲。
[0137]
在一些示例中，执行所述第二tof测量中的一个第二tof测量还包括：基于另一参考信号驱动所述tof传感器的光捕获元件，其中所述另一参考信号包括根据所述另一调制码的一连串的第三类型的电脉冲序列和第四类型的电脉冲序列，其中所述第三类型的所述电脉冲序列每个包括所述第三类型的相应电脉冲序列的在第四位置处的高脉冲，并且所述第四类型的所述电脉冲序列每个包括所述第四类型的相应电脉冲序列的仅在不同于所述第四位置的位置处的高脉冲。
[0138]
另一示例涉及一种用于场景的tof感测的装置。所述装置包括被配置为使用第一调制频率执行多个第一tof测量以获取第一测量值的tof传感器。所述多个第一tof测量中的每个第一tof测量的相应相关函数是周期性的并且在所述tof传感器的测量范围内表现出随距离增加的幅度。此外，所述装置包括被配置为基于所述第一测量值确定到所述场景中的对象的距离的处理电路。
[0139]
本公开的示例可以实现具有增加的相关性以减少眩光的tof测量。使用随距离增加的相关函数进行tof测量可以允许忽略近距离的对象眩光。本公开可以增强用于很多应用的tof感测，例如车辆(汽车)前侧的远程tof感测。
[0140]
相对于先前示例中的特定示例而描述的方面和特征也可以与另外的示例中的一个或多个相结合，以替换该另外的示例的相同或相似的特征或者将这些特征附加地引入到另外的示例中。
[0141]
还应当理解，在说明书或权利要求书中公开的若干步骤、过程、操作或功能的公开不应当被解释为暗示这些操作必须依赖于所描述的顺序，除非在个别情况下明确说明或出于技术原因而需要。因此，前面的描述并不将若干步骤或功能的执行限制为一定顺序。此外，在另外的示例中，单个步骤、功能、过程或操作可以包括和/或被分解成若干子步骤、子功能、子过程或子操作。
[0142]
如果已经针对设备或系统描述了某些方面，则这些方面也应当理解为对对应方法的描述。例如，设备或系统的块、设备或功能方面可以对应于对应方法的特征，诸如方法步骤。因此，关于方法而描述的方面也应当理解为对对应设备或对应系统的对应块、对应元件、属性或功能特征的描述。
[0143]
所附权利要求在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求可以作为单独的示例独立存在。还应当注意，虽然在权利要求中，从属权利要求是指与一个或多个其他权利要求的特定组合，但其他示例还可以包括从属权利要求与任何其他从属或独立权利要求的主题的组合。在此明确提出这样的组合，除非在个别情况下说明不打算进行特定组合。此外，任何其他独立权利要求也应当包括权利要求的特征，即使该权利要求未直接定义为依赖于该其他独立权利要求。