BR112015009585B1 - Dispositivo e método para medir valores de distância e imagens à distância - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO E MÉTODO PARA MEDIR VALORES DE DISTÂNCIA E IMAGENS À DISTÂNCIA. Uma câmera de distância para a determinação de um valor de distância Rabs entre um objeto e a câmera de distância dentro de uma faixa de distância predeterminada compreende pelo menos um foto elemento (9), um gerador de gatilho para ativar o foto elemento (9) durante uma porta de integração temporal (30,31), uma fonte luminosa para iluminar o objeto com pulsos luminosos (28) apresentando um perfil de intensidade temporal predeterminado com uma duração Tp, e um sensor de intensidade para determinar a intensidade Ip (6) dos pulsos luminosos (29) que chegam no foto elemento (9), onde a porta de integração (30) apresenta um retardo predeterminado para o ponto de início da emissão do pulso luminoso no tempo de maneira a capturar os pulsos luminosos (29) refletidos de volta pelo objeto de tal forma que ou T0 ou T 0 + T P fica entre um ponto de início no tempo da integração T1 b (20) da porta de integração e um ponto de finalização no tempo da integração T1 e (21) da porta de integração (30), com To sendo o primeiro ponto no tempo quando o pulso luminoso (29) chega no foto elemento (9), onde o foto elemento (9) é adaptado para produzir um valor (...).
Description
[0001] A invenção refere-se a um dispositivo e um método para a determinação de valores de distância e imagens a distância.
[0002] Valores de distância podem ser medidos entre um dispositivo de medição e um objeto sem contato físico entre o dispositivo e o objeto por métodos óticos. Nestes métodos, o objeto é iluminado pelo dispositivo e a luz refletida de volta pelo objeto é então capturada por um detector de luz do dispositivo.
[0003] Valores de distância podem ser, por exemplo, determinados pela modulação periódica da intensidade luminosa que é emitida pelo dispositivo e pela medição da diferença de fase entre a luz emitida e a luz refletida que chega no detector. Entretanto, devido à periodicidade da intensidade luminosa este método resulta em uma medida de distância ambígua. Valores de distância não ambíguos podem ser determinados pela medição do tempo de deslocamento entre a emissão da luz e a chegada no detector da luz refletida.
[0004] Para uma medição do tempo de deslocamento com uma precisão do valor de distância da ordem de centímetros, são requeridos dispositivos eletrônicos da ação rápida e que respondam na faixa de picossegundos. O valor de distância medido pelo dispositivo pode assim depender das tolerâncias de fabricação do detector. Se um sensor de imagem com elementos de quadros múltiplos for utilizado no detector, diferentes elementos de quadro podem medir diferentes valores de distância devido às tolerâncias de fabricação dos elementos de quadro.
[0005] É um objetivo da invenção prover um dispositivo e um método para medir valores de distância com alta precisão.
[0006] A câmera de distância de acordo com a invenção para a determinação de um valor de distância Rabs entre um objeto e a câmera de distância em uma faixa de distância predeterminada compreende pelo menos um foto elemento, um gerador de gatilho para ativar o foto elemento durante uma porta de integração temporal, uma fonte luminosa para iluminar o objeto com pulsos luminosos apresentando um perfil de intensidade temporal predeterminado com uma duração Tp, e um sensor de intensidade para determinar a intensidade Ip dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento, onde a porta de integração apresenta um retardo predeterminado no tempo para o ponto de início da emissão do pulso luminoso de maneira a capturar os pulsos luminosos refletidos de volta pelo objeto de tal forma que ou T0 ou T0+Tp fique entre um ponto de início no tempo da integração T1b da porta de integração e um ponto de finalização no tempo da integração T1e da porta de integração, com T0 sendo o primeiro ponto no tempo quando o pulso luminoso chega no foto elemento, onde o foto elemento é adaptado para produzir um valor de sinal U no ponto de finalização no tempo da integração T1e com o valor de sinal U dependendo da intensidade Ip e da duração do pulso luminoso que chega no foto elemento durante sua ativação, onde a câmera compreende uma unidade de memória para armazenar parâmetros predeterminados de uma função de valor de correção explícita Δ = f(Ip) para o foto elemento, e uma unidade de avaliação para determinar um valor de distância bruto Rraw a partir do valor de sinal U e da intensidade Ip e adicionar o valor de distância bruto Rraw e o valor de correção Δ(Ip) de maneira a obter o valor de distância Rabs.
[0007] O método de acordo com a invenção para a determinação do valor de distância Rabs entre o objeto e a câmera de distância compreende as etapas de: (a) dispor um objeto alvo dentro de uma faixa predeterminada de distância com uma distância Rabs,ca1 predeterminada para a câmera de distância; (b) obter uma pluralidade de pontos de amostragem Rraw,ca1, Ip,ca1 por: - iluminação do objeto alvo por meio da fonte luminosa com intensidades variáveis e determinadas Ip,ca1 dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento, e - determinação dos respectivos valores de distância brutos Rraw,ca1 a partir dos respectivos valores de sinal Uca1 e as intensidades correspondentes Ip,Ca1, (c) calcular os parâmetros da função de valor de correção explícita Δ = Rraw,ca1 _ Rabs,ca1 = f(Ip,ca1) sendo uma interpolação dos pontos de amostragem Rraw,ca1, Ip,ca1 e armazenar os parâmetros para o foto elemento na unidade de memória; (d) dispor o objeto dentro da faixa predeterminada de faixa de distância; (e) iluminar o objeto por meio da fonte luminosa com o pulso luminoso, e determinar o valor de distância bruto Rraw a partir do valor de sinal U e da intensidade correspondente Ip determinada por meio do sensor de intensidade; (f) calcular o valor de correção Δ(Ip) para o valor de distância bruto Rraw na dependência da intensidade Ip por meio dos parâmetros armazenados na unidade de memória; (g) calcular o valor de distância por Rabs = Rraw,ca1 - Δ(Ip).
[0008] Com a câmera de distância de acordo com a invenção e o método de acordo com a invenção os valores de distância Rabs podem ser vantajosamente determinados com alta precisão. Imagens a distância podem ser tomadas ou por varredura pelo foto elemento único do objeto e determinação do valor de distância único Rabs com o respectivo pulso luminoso ou pelo provimento da câmera com foto elementos múltiplos e determinação dos valores de distância Rabs múltiplos com o pulso luminoso único. No caso de serem providos foto elementos múltiplos, imagens a distância boas podem ser vantajosamente tomadas mesmo se existirem variações nos foto elementos individuais presentes devido às tolerâncias de fabricação, uma vez que uma função de valor de correção Δ respectiva é provida para cada foto elemento. Uma vez que a interpolação dos pontos de amostragem leva a uma parametrização da função de valor de correção Δ, esta função é completamente descrita por seus parâmetros. Desta forma, apenas estes parâmetros precisam ser armazenados na unidade de memória e o número de acessos da unidade de memória é baixo em comparação, por exemplo, com o armazenamento de um número alto de pontos de amostragem necessário para se obter uma medida de distância com uma alta precisão similar. Devido ao fato do número de acessos à unidade de memória de acordo com a invenção ser baixo, a correção dos valores de distância Rraw é rápida de tal forma que mesmo a precisão alta na faixa de centímetro pode ser obtida com uma taxa de repetição alta.
[0009] Além disto, todos os valores de distância podem ser corrigidos pela utilização da função de valor de correção Δ parametrizada e não é necessário armazenar valores de correção Δ(Ip) para um grande número de cada intensidade concebível Ip.
[0010] É preferível que a unidade de memória seja uma memória não volátil. Desta forma, um acesso dinâmico aos parâmetros durante a correção dos valores de distância brutos Rraw é vantajosamente provido. Também, é vantajosamente garantido que uma atualização da função de valor de correção Δ pode opcionalmente ser provida apenas pelo fabricante da câmera de distância por uma liberação da unidade de memória.
[0011] O foto elemento compreende preferivelmente um condensador e um foto diodo acessível a partir do exterior de tal forma que o pulso luminoso refletido de volta pelo objeto é capturado pelo foto diodo e sendo conectado eletricamente ao condensador de tal forma que, quando o pulso luminoso refletido de volta pelo objeto é capturado pelo foto diodo, o condensador é descarregado. O valor de sinal U sendo produzido no ponto de finalização no tempo da integração T1e é, desta forma, preferivelmente a voltagem do condensador no ponto de finalização no tempo da integração T1e. A voltagem é uma medida para a energia do pulso luminoso que chega no foto diodo dentro da porta de integração. É preferido que o gerador de gatilho compreenda um primeiro comutador elétrico para ativar o foto elemento e um segundo comutador elétrico para desativar o foto elemento e produzir o valor de sinal U. O primeiro e/ou o segundo comutador elétrico são preferivelmente transistores, em particular de tipo idêntico. Pela correção do valor de distância bruto Rraw com o valor de correção Δ(Ip) é vantajosamente alcançado que a inércia específica de cada foto elemento individual, em particular a inércia do foto diodo, do condensador e de ambos os comutadores, seja corrigida.
[0012] É preferido que a câmera de distância compreenda uma pluralidade de foto elementos e para cada foto elemento a respectiva unidade de memória, onde o número dos foto elementos e das unidades de memória seja de pelo menos 3x105, em particular pelo menos 106.
[0013] Uma vez que cada função de valor de correção Δ é parametrizada e seus parâmetros são armazenados na respectiva unidade de memória, é vantajosamente alcançado que os valores de distância Rabs para este alto número de foto elementos possam ser determinados com uma alta taxa de repetição tal como de 50 Hz.
[0014] É preferido que o perfil de intensidade temporal predeterminado do pulso luminoso seja substancialmente retangular, trapezoidal, na forma de dente de serra, triangular, um perfil de Lorentz, um perfil de Voigt ou gaussiano. Além disto, o perfil de intensidade temporal do pulso luminoso é preferivelmente predeterminado por uma medição. A medição pode ser, por exemplo, conduzida pelo uso de um foto multiplicador ou um foto diodo rápido. No caso do perfil de intensidade temporal predeterminado do pulso luminoso não ser retangular, a intensidade Ip é definida, por exemplo, como a intensidade máxima do perfil de intensidade temporal. Outras definições como metade do máximo da intensidade do perfil de intensidade temporal são também concebíveis. Com o perfil de intensidade temporal predeterminado, e o valor de sinal U e a intensidade Ip determinados, é possível se determinar a distância Rraw.
[0015] Valores de distância Rabs múltiplos são preferivelmente determinados pela repetição das etapas (d) a (g). Desta forma, apenas uma única função de valor de correção Δ precisa ser determinada para a determinação dos valores múltiplos de distância Rabs.
[0016] É preferido que a função de valor de correção explícita Δ seja uma função monotônica, em particular uma linha poligonal ou uma polinomial ou uma spline. O número de parâmetros é preferivelmente quatro. O número de pontos de amostragem é preferivelmente quatro. Foi encontrado que a alta precisão da determinação do valor de distância Rabs pode ser vantajosamente alcançada com este número baixo de parâmetros e/ou pontos de amostragem que resultam em uma taxa alta de repetição viável.
[0017] É preferido que o sensor de intensidade seja o foto elemento e a intensidade Ip,ca1 e/ou a intensidade Ip sejam determinadas pela medição do valor de sinal Uca1 e/ou U, respectivamente, por meio do foto elemento dentro de uma segunda porta de integração com um ponto de início no tempo da integração T2b menor ou igual a T0 e um ponto de finalização no tempo da integração T2e maior ou igual a T0+Tp. Desta forma, nenhum aparelho de medição de intensidade extra precisa ser provido para a determinação da intensidade.
[0018] A seguir a invenção é explicada com base em desenhos esquemáticos.
[0019] Figura 1 - mostra um diagrama com uma função de valor de correção Δ exemplificativa,
[0020] Figura 2 - mostra um conjunto com foto elementos múltiplos,
[0021] Figura 3 - mostra um diagrama elétrico esquemático de um foto elemento,
[0022] Figura 4 - mostra um diagrama de voltagem de um condensador dependente do tempo, e
[0023] Figuras 5 a 7 - mostram diagramas de perfil temporal com pulsos luminosos e diferentes portas de integração.
[0024] Como pode ser observado nas Figuras 1 a 4, uma câmera de distância de acordo com a invenção para a determinação de um valor de distância Rabs entre um objeto e a câmera de distância dentro de uma faixa de distância predeterminada, compreende uma fonte luminosa para iluminar o objeto com pulsos luminosos apresentando um perfil de intensidade temporal substancialmente retangular com uma duração Tp. Outros perfis temporais são também concebíveis. A fonte luminosa é preferivelmente um diodo emissor de luz ou um laser preferivelmente emitindo os pulsos luminosos com a duração Tp na faixa de nanossegundos. A faixa predeterminada de distância fica na faixa em que a câmera de distância pode determinar os valores de distância, por exemplo, de 0,5 m a 10 m. A câmera de distância compreende adicionalmente pelo menos um foto elemento (9) e um gerador de gatilho para ativar o foto elemento (9) durante uma porta de integração temporal (30, 31) e preferivelmente para controlar a emissão dos pulsos luminosos com a fonte luminosa. O gerador de gatilho compreende um primeiro comutador elétrico (15) para ativar o foto elemento (9) e um segundo comutador elétrico (16) para desativar o foto elemento (9).
[0025] A Figura 3 mostra que o foto elemento (9) compreende um condensador (13) e um foto diodo (14) acessível a partir do exterior de tal forma que os pulsos luminosos refletidos pelo objeto são capturados pelo foto diodo (14). O foto diodo (14) é conectado eletricamente ao condensador (13) em um circuito em paralelo de tal forma que, quando os pulsos luminosos refletidos pelo objeto são capturados pelo foto diodo (14), o condensador (13) é descarregado.
[0026] A Figura 4 mostra um diagrama em que a voltagem do condensador (18) correspondente é plotada versus tempo (19). A voltagem do condensador (18) é mantida a uma voltagem VDD (22) por um suprimento de energia (11) e uma aterragem elétrica correspondente (12), desde que o primeiro comutador elétrico (15) esteja fechado. No ponto de início no tempo da integração T1b (20) da porta de integração (30, 31), o gerador de gatilho abre seu primeiro comutador elétrico (15) e após um tempo de retardo (23), a voltagem do condensador (18) começa a cair o que resulta em uma queda de voltagem (24). O tempo de retardo (23) pode variar entre diferentes foto elementos (9) devido às tolerâncias de fabricação e pode depender da intensidade Ip do pulso luminoso que chega no foto elemento (9). No ponto de finalização no tempo da integração T1e (21) da porta de integração (30, 31), o gerador de gatilho fecha seu segundo comutador elétrico (16), pelo que um valor de sinal U (25) sendo a voltagem do condensador (18) em T1e (21) é produzido pela ação de um armazenador de voltagem (17) do foto elemento (9). O valor de sinal U (25) é uma medida da energia da luz que chega no foto elemento (9) durante sua ativação, onde o valor de sinal U (25) é aproximadamente inversamente proporcional à energia.
[0027] Após o fechamento e a abertura do primeiro (15) e do segundo (16) comutador elétrico, respectivamente, o foto elemento (9) é restabelecido e uma outra medição podem ser feita.
[0028] A câmera de distância compreende adicionalmente um sensor de intensidade para determinar a intensidade Ip dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento (9) e uma unidade de avaliação para determinar um valor de distância bruto Rraw a partir do valor de sinal U (25) e da intensidade Ip (6). A unidade de avaliação adicionalmente adaptada para adicionar um valor de correção Δ(Ip) (7) obtido de uma função de valor de correção Δ = f (Ip) (5) ao valor de distância bruto Rraw, de forma a obter um valor de distância Rabs. Cada foto elemento (9) compreende uma unidade de memória, onde os parâmetros (10) da função de valor de correção Δ (5) para cada foto elemento (9) são armazenados na unidade de memória correspondente. Cada unidade de memória é correspondente ao seu foto elemento (9), onde cada unidade de memória pode ser localizada em um chip do foto elemento (9) ou externamente ao chip. Todas as unidades de memória formam uma memória da câmera de distância. A Figura 2 mostra um conjunto (8) dos foto elementos (9), onde o número de foto elementos (9) e de unidades de memória é de pelo menos 3x105, em particular pelo menos 106.
[0029] A Figura 1 mostra uma função de valor de correção Δ (5) exemplificativa em um diagrama, no qual os valores de distância brutos Rraw,ca1 (1) são plotados versus a intensidade Ip,ca1 (2). A função de valor de correção Δ (5) é baseada em quatro pontos de amostragem (4) Rraw,ca1, IP,cai, onde os quatro pontos de amostragem (4) Rraw,ca1 são obtidos sob condições laboratoriais conhecidas. Para a obtenção dos pontos de amostragem (4), um objeto alvo é disposto dentro da faixa predeterminada de distância com uma distância Rabs,ca1 (3) predeterminada para a câmera de distância. Foi encontrado que a escolha da distância Rabs,ca1 predeterminada sendo 2 m e a faixa predeterminada de distância de 0,5 m a 10 m resulta em uma alta precisão particular para os valores de distância RabS.
[0030] O objeto alvo é então iluminado por meio da fonte luminosa com intensidades Ip,Ca1 (2) variáveis e predeterminadas dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento (9), e os respectivos valores de distância brutos Rraw,ca1 (1) são determinados a partir dos respectivos valores de sinal Uca1 e das correspondentes intensidades Ip,ca1 (2). As intensidades Ip,Ca1 são preferivelmente escolhidas de tal forma que a maior parte da faixa dinâmica do foto elemento (9) seja coberta. A intensidade IP,ca1 (2) pode, por exemplo, ser variada pela inserção de filtros cinza ou de um atenuador ótico compreendendo um filtro de polarização e uma placa de meia onda lambda na rota do pulso luminoso. Cada par de um valor de distância bruto Rraw,ca1 (1) e uma intensidade Ip,ca1 (2) forma o respectivo ponto de amostragem (4).
[0031] De maneira a predeterminar a intensidades Ip,ca1 (2) dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento (9) é concebível se ajustar a intensidade de emissão da fonte luminosa levando-se em consideração a refletância do objeto alvo e a transmissão da atmosfera sob condições laboratoriais. A intensidade de emissão da fonte luminosa é ajustada de tal forma que a intensidades Ip,ca1 dos pulsos luminosos que chegam no foto elemento (9) corresponde às intensidades predeterminadas Ip,cal (2).
[0032] Os parâmetros (10) da função de valor de correção explícita Δ = RraW,ca1 - Rabs,ca1 = f(Ip,ca1) (5) sendo uma interpolação dos pontos de amostragem (4) Rraw,ca1, IP,ca1 são calculados e armazenados para o foto elemento (9) em sua unidade de memória correspondente. A interpolação pode compreender também seções que são extrapoladas a partir dos pontos de amostragem (4) Rraw,ca1, IP,ca1. Na Figura 1, a função de valor de correção Δ (5) é um polinomial de terceira ordem na forma de Δ = A1 + A2Ip,ca1 + A3lp,cai2 + A4lp,cai3 com os parâmetros Ai, A2, A3, A4 sendo os parâmetros desta função de valor de correção Δ (5) para o primeiro foto elemento (9) na Figura 2. Os parâmetros A1, A2, A3, A4 para o primeiro foto elemento (9) são armazenados em sua respectiva unidade de memória. Os parâmetros B1, B2, B3, B4 para o segundo foto elemento (9) são armazenados em sua unidade de memória, enquanto que os parâmetros Xl, X2, X3, X4 são armazenados na unidade de memória do último foto elemento (9).
[0033] Entretanto, também polinomiais de outras ordens ou outras funções como exponenciais ou uma linha poligonal com as linhas individuais conectando pontos de amostragem (4) adjacentes podem ser empregadas.
[0034] Para a determinação do valor de distância Rabs, o objeto é disposto dentro da faixa predeterminada de distância, iluminado por meio da fonte luminosa com o pulso luminoso, e o valor de distância bruto Rraw é determinado a partir do valor de sinal U (25) e da intensidade Ip (6) correspondente determinada por meio do sensor de intensidade. O valor de correção Δ(Ip) (7) para o valor de distância bruto Rraw é então determinado na dependência da intensidade Ip (6) por meio dos parâmetros (10) armazenados na respectiva unidade de memória e o valor de distância é posteriormente calculado por Rabs = Rraw,ca1 - Δ(Ip) para cada foto elemento (9).
[0035] As Figuras 5 a 7 mostram três esquemas de gatilho, onde a intensidade (26) do pulso luminoso (28) emitido e do pulso luminoso (29) que chega no foto elemento (9) é plotada versus tempo (27). Também mostradas são as diferentes portas de integração (30, 31) com um retardo predeterminado para o ponto de início da emissão do pulso luminoso no tempo. Os perfis temporais dos pulsos luminosos e portas de integração (30, 31) são retangulares. Outros perfis temporais são também concebíveis para os pulsos luminosos. Para todos os formatos concebíveis de perfil de intensidade temporal, a emissão do pulso luminoso (28) é iniciada no tempo zero e finaliza em Tp. O pulso luminoso (29) é então refletido de volta pelo objeto e chega no foto elemento (9) com a intensidade Ip, que é menor que a intensidade do pulso luminoso (28) emitido. O pulso luminoso (29) chega no foto elemento (9) de T0 a T0+Tp. Na Figura 5, a porta de integração (30) é escolhida de tal forma que T0+Tp fique entre o ponto de início no tempo da integração T1b (20) e o ponto de finalização no tempo da integração T1e, enquanto que T0 fica fora da porta de integração. Ao contrário disto, na Figura 6 T0 fica entre o ponto de início no tempo da integração T1b (20) e o ponto de finalização no tempo da integração T1e, enquanto que T0+Tp fica fora da porta de integração. As áreas marcadas em cinza nos diagramas correspondem ao valor de sinal U sendo uma medida para a energia do pulso luminoso (29) que chega no foto elemento (9) dentro das portas de integração (30, 31).
[0036] A intensidade Ip,Ca1 e/ou a intensidade Ip são determinadas pela medição do valor de sinal Uca1 e/ou U, respectivamente, por meio do foto elemento dentro de uma segunda porta de integração (31), como mostrado na Figura 7, com um ponto de início no tempo da integração T2b menor ou igual a T0 e um ponto de finalização no tempo da integração T2e maior ou igual a T0+Tp. Com os valores de sinal Uca1 e/ou U, que correspondem à energia total do pulso luminoso (29) que chega no foto elemento (9) e a duração Tp conhecida do pulso luminoso (29), é possível calcular a intensidade Ip.
[0037] A intensidade Ip e/ou Ip,ca1 podem ser determinadas simultaneamente com um único pulso luminoso pela utilização de dois foto elementos (9), o primeiro foto elemento com a primeira porta de integração (30) e o segundo foto elemento com a segunda porta de integração (31). A primeira porta de integração (30) é escolhida de tal forma que ou T0 ou T0+Tp fica entre o primeiro ponto de início no tempo da integração T1b da primeira porta de integração (30) e do primeiro ponto de finalização no tempo da integração T1e da porta de integração (30). A segunda porta de integração (31) é escolhida tal que o segundo ponto de início no tempo da integração T2b é menor ou igual a T0 e o segundo ponto de finalização no tempo da integração T2e maior ou igual a T0+Tp. O primeiro e o segundo foto elemento podem ser, por exemplo, dispostos adjacentes entre si ou o pulso luminoso (29) pode ser dividido com um divisor de feixe e cada pulso luminoso dividido pode ser direcionado para o primeiro e segundo foto elemento, respectivamente. A intensidade Ip e/ou Ip,ca1 podem ser também determinadas consecutivamente com um único foto elemento (9) e dois pulsos luminosos (29).
[0038] Com a porta de integração (30) de acordo com a Figura 5, T0 pode ser calculado por T0 = E/Ip + T1b - Tp e com a porta de integração (30) de acordo com a Figura 6 por T0 = T1e - E/Ip com E sendo a energia do pulso luminoso (29) que chega no foto elemento (9) e sendo preferivelmente recíproco ao valor de sinal U (25). Rraw pode ser então determinado por Rraw = 0,5*c*T0, com c sendo a velocidade da luz. Deve ser observado que é possível ou se corrigir Rraw ou To com Δ(Ip). Deve ser observado também que uma alteração da fonte luminosa da câmera ou uma alteração em T1b e T1e requerida por uma alteração na faixa predeterminada de distância usualmente requer uma nova função de calibração Δ.
[0039] Lista de sinais de referência 1 valores de distância brutos Rraw,cal 2 intensidade Ip,ca1 3 distância Rabs,ca1 predeterminada 4 ponto de amostragem 5 função de valor de correção Δ 6 intensidade Ip 7 valor de correção Δ(Ip) 8 conjunto 9 foto elemento com unidade de memória 10 parâmetros 11 suprimento de energia 12 aterramento elétrico 13 condensador 14 foto diodo 15 primeiro comutador elétrico 16 segundo comutador elétrico 17 armazenamento de voltagem 18 voltagem do condensador 19 tempo 20 ponto de início no tempo da integração T1b 21 ponto de finalização no tempo da integração T1e 22 voltagem VDD 23 retardo no tempo 24 queda de voltagem 25 valor de sinal U 26 intensidade 27 tempo 28 pulso luminoso emitido 29 pulso luminoso que chega no foto elemento 30 porta de integração 31 segunda porta de integração.
Claims (14)
1. Câmera de distância para a determinação de um valor de distância (Rabs) entre um objeto e a câmera de distância dentro de uma faixa de distância predeterminada, compreendendo pelo menos um foto elemento (9), um gerador de gatilho para ativar o foto elemento (9) durante uma porta de integração temporal (30, 31), uma fonte luminosa para iluminar o objeto com pulsos luminosos (28) apresentando um perfil de intensidade temporal predeterminado com uma duração (Tp), e um sensor de intensidade para determinar uma intensidade (IP)(6) dos pulsos luminosos (29) que chegam no foto elemento (9), onde a porta de integração (30) apresenta um retardo predeterminado para o ponto de início da emissão do pulso luminoso no tempo de maneira a capturar os pulsos luminosos (29) refletidos de volta pelo objeto de tal forma que (T0) ou T0+Tp fica entre um ponto de início de integração no tempo (T1b) (20) da porta de integração e um ponto de finalização de integração no tempo (T1e) (21) da porta de integração (30), com T0 sendo um primeiro ponto no tempo quando o pulso luminoso chega ao foto elemento (9), onde o foto elemento (9) é adaptado para produzir um valor de sinal (U) (25) no ponto de finalização da integração no tempo T1e (21) com o valor de sinal U (25) dependendo da intensidade Ip (6) e da duração do pulso luminoso (29) que chega no foto elemento (9) durante o tempo que o foto elemento é ativado, caracterizada pelo fato de que a câmera compreende uma unidade de memória adaptada para armazenar parâmetros predeterminados (10) de uma função de valor de correção explícita Δ = f(Ip) (5) para o foto elemento (9), e uma unidade de avaliação adaptada para a determinação de um valor de distância bruto (Rraw) a partir do valor de sinal U (25) e a intensidade Ip (6) e adicionar o valor de distância bruto Rraw e um valor de correção Δ(Ip) (7) de forma a obter o valor de distância Rabs.
2. Câmera de distância de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da unidade de memória ser uma memória não volátil.
3. Câmera de distância de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato do foto elemento (9) compreender um condensador (18) e um foto diodo (14) acessível a partir do exterior da câmera de tal forma que o pulso luminoso (29) refletido de volta pelo objeto é capturado pelo foto diodo (14) e sendo eletricamente conectado ao condensador (13) de tal forma que, quando o pulso luminoso (29) refletido de volta pelo objeto é capturado pelo foto diodo (14), o condensador (13) é descarregado.
4. Câmera de distância de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato do gerador de gatilho compreender um primeiro comutador elétrico (15) para ativar o foto elemento (9) e um segundo comutador elétrico (16) para desativar o foto elemento (9) e produzir o valor de sinal U (25).
5. Câmera de distância de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato da câmera de distância ainda compreender uma pluralidade de foto elementos (9) e uma pluralidade de unidades de memória associadas respectivamente com os foto elementos (9) onde o número de foto elementos (9) e de unidades de memória é de pelo menos 3x105.
6. Câmera de distância de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato do perfil de intensidade temporal predeterminado do pulso luminoso (28, 29) ser retangular, trapezoidal, na forma de dente de serra, triangular, um perfil de Voigt ou um gaussiano.
7. Método para a determinação de um valor de distância (Rabs) entre um objeto e uma câmera de distância conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: a) dispor um objeto alvo dentro da faixa de distância predeterminada com uma distância (Rabs,ca1) predeterminada (3) para a câmera de distância; b) obter uma pluralidade de pontos de amostragem (4) (Rraw,ca1, Ip,cal) por: - iluminar o objeto alvo por meio da fonte de luz com intensidades (IP,Ca1) (2) variáveis e determinadas dos pulsos luminosos (29) que chegam no foto elemento (9), e - determinar respectivos valores de distância brutos Rraw,ca1 (1) a partir de respectivos valores de sinal (Uca1) e as intensidades IP,Ca1 (2) correspondentes; c) calcular os parâmetros (10) da função de valor de correção explícita Δ = Rraw,ca1 - Rabs,ca1 = f(Ip,ca1) (5) sendo uma interpolação dos pontos de amostragem Rraw,ca1, Ip,ca1 (4), e armazenar os parâmetros (10) para o foto elemento (9) na unidade de memória; d) dispor o objeto dentro da faixa de distância predeterminada; e) iluminar o objeto por meio da fonte de luz com o pulso luminoso (28), e determinaro valor de distância bruto Rraw a partir do valor de sinal U (25) e da intensidade Ip (6) correspondente determinada por meio de um sensor de intensidade; f) calcular o valor de correção Δ(Ip) (7) para o valor de distância bruto Rraw na dependência da intensidade Ip (6) por meio dos parâmetros (10) armazenados na unidade de memória; g) calcular o valor de distância Rabs por Rabs = Rraw, cal - Δ(Ip).
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de compreender repetir as etapas (d) a (g) para determinar valores de distância Rabs múltiplos.
9. Método de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato da função de valor de correção explícita Δ (5) ser uma função monotônica.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato do número de parâmetros (10) ser quatro.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato do número de pontos de amostragem (4) ser quatro.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato do sensor de intensidade ser o foto elemento (9) e a intensidade Ip,ca1 (2) e/ou a intensidade Ip (6) serem determinadas pela medição do valor de sinal Uca1 e/ou U (25), respectivamente, por meio do foto elemento (9) dentro de uma segunda porta de integração (31) com um ponto de início de integração no tempo (T2b) menor ou igual a T0 e um ponto de finalização de integração no tempo (T2e) maior ou igual a T0+Tp.
13. Câmera de distância de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o número de foto elementos e unidades de memória é pelo menos 106.
14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a função monotônica é uma linha poligonal ou um polinômio ou uma spline.
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