CN103998949B - 对飞行时间信号处理的改进或与之相关的改进 - Google Patents

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Abstract

本文描述了处理包括照明单元和成像传感器的飞行时间（TOF）相机系统中的TOF信号的方法和传感器。该方法包括用第一频率的光照明场景，检测来自场景中至少一个对象的第一频率的反射光，以及使用I值和Q值来确定相位测量。此外，用第二频率的光照明场景，该第二频率是第一频率的2‑n，其中n=1,2,…,等，并且第一频率和第二频率下I值和Q值的符号被用来在相位测量中确定混叠的存在以便对其进行校正。随后针对混叠校正该相位测量并且TOF相机系统的有效范围被延伸2n倍。此外，需要根据场景中对象的反射率来考虑相对信号强度。对于4％的反射率以及无混叠而言，检测对象的能力随距离（30）降低。对于有100％反射率的对象的混叠的相位测量，检测对象的能力减半恒定（35）。

Description

对飞行时间信号处理的改进或与之相关的改进
技术领域
本发明涉及对飞行时间（TOF）信号处理的改进或与之相关的改进，并且尤其有关对此类飞行时间信号的解混叠。具体而言，本发明涉及包括飞行时间信号解混叠的TOF传感器、相机等。
背景技术
已知用于通过从光源到对象及返回的飞行时间的分析来提供有关到对象距离信息的飞行时间（TOF）相机系统。一个特定应用是能够捕捉场景三维（3D）图像（即，二维信息以及深度或距离信息）的相机。在需要确定距固定点的深度或距离的许多应用中使用了此类相机系统。典型地，从TOF相机系统测量深度或距离信息。
TOF相机系统的基本操作原理是用经调制光（诸如，脉冲）照明场景。经调制光（诸如，这些光脉冲）从场景中的对象反射回来，并且透镜收集反射光并在图像传感器上（尤其在传感器的传感器平面上）形成场景中对象的图像。取决于对象距相机的距离，在经调制光（例如，脉冲）的发射及其反射在相机处的接收之间经历延迟，例如，距相机2.5m的对象导致16.66ns的延迟。然而，当使用脉冲时，每一光脉冲的脉冲宽度确定相机范围，并且例如对于50ns的脉冲宽度范围限于7.5m。结果，场景照明对TOF相机系统的操作变得至关重要，并且照明单元的要求让用以生成此类短光脉冲的专业光源（诸如，发光二极管（LED）或激光）的使用成为必要。
TOF相机系统的另一主要组件是成像传感器。成像传感器通常包括形成场景图像的像素阵列。此外，像素的输出可用于确定从照明单元到场景中对象的光以及从该对象反射回抵图像传感器的光的飞行时间。可在分开的处理单元中计算飞行时间，该分开的处理单元可耦合到传感器或可集成到传感器中。已知用于光从照明单元行进至对象且从对象回抵成像传感器时测量光的定时的各种方法。
如众所周知的，每一像素有效地包括光敏元件，该光敏元件接收入射光并将其 转换成电信号（例如，电流信号）。在模拟定时成像传感器中，像素被连接至开关，其把电流信号引导至充当求和器件的存储器。在数字定时成像传感器中，高频计数器用于感测电流信号。背景光的存在可能导致错误地确定距离，因为像素接收并非从场景中对象反射的附加光。
自然，成像光学器件和处理电学器件也形成TOF相机的部分。成像光学器件收集来自场景中对象的反射光并且滤除与照明单元所发光的波长或频率不相同的光。通过滤除不想要波长或频率的光，可有效地抑制背景光。处理电学器件包括用于照明单元和图像传感器两者的驱动器，以便准确地控制这些组件来确保获得场景的高分辨率图像。
取决于所使用的成像传感器的类型，TOF相机系统趋于覆盖从几毫米到若干千米的宽广范围。取决于在特定应用中所使用的TOF相机系统的配置，此类TOF相机系统可具有从亚厘米变化到若干厘米甚至到诸米的距离分辨率。可与TOF相机系统联用的诸技术包括带数字计时器的脉冲光源、带相位检测器的射频（RF）调制光源以及距离选通成像器。
尽管对场景中的对象而言从成像传感器的输出提取距离信息相对容易，但是TOF系统遭受：上文讨论的背景光的影响；如果多于一个TOF相机系统操作时重叠的场景视野干扰；以及多个反射。通过使用时间复用技术或通过为每一TOF相机系统使用不同的调制频率可减少不同TOF相机系统间的干扰。由于TOF相机系统照明整个场景，当照明光抵达沿若干路径的每一对象时可获得多个反射。这具有这样的效果：对象距TOF相机系统的测量距离被确定为大于或小于其距TOF相机系统的实际距离。这是传统TOF相机系统的主要缺点。
对距离成像系统测量不确定性的去除已经由A.D.Payne等人在题名为“MultipleFrequency Range Imaging to Remove Measurement Ambiguity（多频率距离成像以去除测量模糊性）”的论文中描述过，其中两个不同调制频率被叠加在单个捕捉中以克服导致错误距离测量的相位模糊性问题(http://researchcommons.waikato.ac.nz/bitstram/ 10289/4032/1/Multiple%20Frequency%20Range%20Imaging.pdf)。
在S.H.McClure等人在SPIE-IS&T电子成像会议论文集，SPIE7538卷，pp.75380K，2010的题名为“Resolving Depth Measurement Ambiguity with CommerciallyAvailable Range Imaging Cameras（用商用距离成像相机解决深度测量模糊性）”的论文中,软件后处理被用来解决深度模糊性。距离数据被处理用以把 场景分段成分开的对象并且每一对象的平均强度被用来确定哪些像素在不模糊的范围外侧。该方法可与任何距离成像相机系统联用，例如其中相机可在图像捕捉期间移动的机器人视角已经降低了对自场景中对象反射差异的灵敏度。在信号处理及相关学科中，混叠指致使不同信号在被采样时变得不可区分（或彼此混淆）的效果。时间混叠是当样本在时间上变得不可区分。当正被周期性采样的信号也具有周期性内容时发生时间混叠。在TOF系统中，混叠导致光源和（光可从其反射）对象间距离的模糊性。
在David Droeschel，Dirk Holz和Sven Behnke在第41届机器人国际研讨会及第6届机器人德国会议（慕尼黑，2010年6月）的联合会议论文集上题名为“ProbabilisticPhase Unwrapping for Time-of-Flight Cameras（飞行时间相机的概率性相位展开）”的论文中描述了“相位展开”。从展开的相位信号推导出数个相对相移，其中概率性途径被用于基于包含距离信息的深度图像中的不连续性来检测相位跳变或相移。这些作者在IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议（IROS）（台湾台北，2010年）会议论文集的“Multi-frequency Phase Unwrapping for Time-of-Flight Cameras（飞行时间相机的多频率相位展开）”中还描述了相位展开。
在R.Schwarte等人在光子学东智能系统和先进制造的SPIE会议论文集（第2588卷，费城，1995）的题名为“A New Active3D-Vision System Based on RF-ModulationInterferometry of Incoherent Light（基于非相干光的RF调制干涉的新有效三维视觉系统）”的论文中，公开了一种用于处理来自TOF相机系统信号的方法，其中自相关函数使用相移算法（其中相位正比于距TOF相机系统的距离并且其中可根据相位测量数目、调制对比度、有效信号和噪声信号中的电子以及调制信号的波长来确定测量不确定性）。此类系统被描述成对行人及车辆安全系统均有用。
在US-B-7791715中，描述了一种通过使用至少两个调制频率对TOF相位推导出的数据解混叠来获取相位数据的方法。在至少两个离散的相位（优选四个）中捕捉像素检测信息以实现解混叠。这些离散的相位表示TOF相机系统中调制器和照明单元间的移位。这不同于发射光和成像传感器所收到的来自对象的反射光间检测到的期望相移。离散相位被相互减去以消除调制器和照明单元间的固定模式偏移。通过使用两个调制频率，该系统表现得好像相位数据在被收集的同时被以极低的调制频率被操作，该极低的调制频率正比于两个调制频率的差。相比起仅使用一个调制频率所实现的，多个调制频率的使用提供了更好的深度测量确定性和精确 性。
在Canesta公司的S.Burak Gokturk、Hakan Yalcin以及Cyrus Bamji所著的“ATime-Of-Flight Depth Sensor–System Description,Issues and Solutions（飞行时间深度传感器—系统描述、问题和解决方案）”一文中也描述了多个调制频率的使用。在一个实施例中，使用了两个调制频率，其结果被组合用以为对象提供相比于单个调制频率而言更加准确的深度值。此外，不模糊或清晰范围被延伸。在另一个实施例中，用f、2f、4f、8f等的调制频率进行了若干测量，每一调制频率的结果可被组合来提供在所获得的长的不模糊或清晰范围上距离的准确值。在每一连续测量中，分辨率被翻倍同时距离被减半。
由于所使用的照明源的周期性属性（即，照明源的调制），距离范围间隔趋于重复。该现象被称作如上所述的TOF混叠。当前，存在用以解决该TOF混叠问题使TOF相机系统能提供足够长间隔的不模糊或清晰距离的技术数目有限，所述间隔用于其中实现TOF相机系统的特定应用。然而，这些技术由于它们趋于非常难以实现、需要密集计算、不鲁棒或导致数据传输中的带宽开销或致使降低深度准确性或一般相机性能而有若干已知的局限性。
发明概要
因此，本发明的目的是提供用于飞行时间（TOF）信号处理的替换设备及方法，并且尤其涉及用于此类飞行时间信号解混叠的设备和方法。具体而言，本发明的目的涉及提供包括飞行时间信号解混叠的替换TOF传感器、相机等。
本发明的优点在于能以有效方式执行TOF信号的解混叠。本发明诸实施例的各方面如下：
a)使用两个相关性过程，第一个用于确定距离或深度值，而第二个用于确定是否有混叠存在于第一个相关性中。这是可以彼此独立进行的两个过程。
b）上文a）中的第一个相关性相比于第二个相关性，可被给予更高的优先级，例如，第一相关性的计算工作对第一个比对第二个更多，和/或用于第一个相关性中信号的积分时间可长于用于第二个的。
c)鉴于一个相关性过程被用来获得深度或距离信息，可使用两个方法或过程来确定是否存在混叠。这些过程中的第一个优选减少可能混叠的值的数目而第二个过程随后集中在或减少可能混叠的值的数目 到1或接近1，例如，通过消除过程。
d）优选基于简单算术（例如，大于或小于确定）来判定过程（即，有关于是否存在混叠）。
根据本发明的第一方面，提供了一种在飞行时间系统的相关性测量中确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的方法，该飞行时间系统具有成像传感器并且与照明单元联用，该照明单元适于用调制光照明场景，该系统适于通过把相关性信号施加到从场景反射的调制光来获得相关性测量。
所述方法包括：
a）检测来自场景中至少一个对象的反射光；
b）通过一个或多个第一相关性测量来确定第一相关性信号和在成像传感器收到的反射光之间的第一相关性，第一相关性信号具有第一频率的周期性波形且第一相关性测量提供与从成像传感器到至少一个对象的距离有关的参数值；
c）通过一个或多个第二相关性测量来确定在成像传感器收到的反射光和第二相关性信号之间的第二相关性，第二相关性信号具有第二频率的周期性波形，第二频率低于第一频率；
d）从第二相关性测量确定代表混叠的存在的那个参数值。
第一和第二信号可被用于调制用于照明场景的光，第二频率不同于第一频率。或者，用于调制来自照明单元的光的第三信号可具有与用于第二相关性的第二信号不同的占空比。第二信号相比于第一信号可被偏移。为了去除在第二相关性步骤之后仍存在的任何可能的混叠，可提供用于确定与距离有关的参数的第三过程，即，传感器和场景间的距离。该与距离有关的参数可以是置信度水平，例如，反射映象。
根据本发明的另一方面，提供了一种确定飞行时间系统内相位测量中混叠存在的方法（例如，至少在特定限度内），该系统具有成像传感器并且与照明单元联用，该照明单元适于用有周期性波形的调制光照明场景，该系统适于通过把相关性信号施加到从场景反射的调制光来获得相关性测量；
该方法包括以下步骤：
a)提供由照明单元用来以第一频率和第二频率调制的光照明场景的调制信号；
b）检测来自场景中至少一个对象的第一频率的反射光；
c)确定调制信号和在成像传感器处收到的反射光之间的第一相关性；
d）确定由照明单元发射的照明光和在成像传感器处收到的反射光之间的第二 相关性；以及
e）从第一相关性和/或第二相关性确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，以及使用该同相和/或正交分量来确定混叠的存在。
混叠的存在或模糊性可被确定在例如由第一频率和第二频率以及它们之间的关系所确定的特定的距离限度内。该模糊性表示最多在一特定距离内能可靠地确定TOF距离。当基于其它取决于距离的因子或过程而非TOF为距离测量确定置信度水平时，在一些实施例中混叠的效果或模糊性可被进一步减小。此类与距离有关的因子例如可以是被动的如从对象发射的IR光量、返回图像中斑纹的大小，或者可以是主动的诸如投射发散斑纹以及测量如传感器所见的斑纹的大小。根据本发明的诸实施例，应用了置信度阈值。该置信度阈值例如可基于取决于可检测到的场景对象属性的距离。该阈值可逐像素应用。在替换实施例中，可基于完整图像的一部分（例如，基于图像中由图像处理技术可检测到的对象或诸对象）或整幅图像应用置信度阈值。例如，要在场景中检测的对象的反射率可用来确认所测量的距离可能是正确的。通过使用其中置信度阈值取决于距离的智能阈值过程，有可能增加在实践中本发明的TOF方法所支持的最大距离，或者减少最小反射率从而延伸能可靠检测的最大距离。
术语正交指具有相位信息的信号。通常此类信号异相90°，但是本发明中不受限于表示90°的正交。可使用以360°为限的其它角度，诸如60°，30°等。本发明中诸实施例所使用的是：不同频率的两个信号将以能够确定（至少在特定限度内）混叠的方式落在星座图的不同区内。通过在星座图中检查判定区域来进行对混叠的确定。
优选地，可以从检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号来确定混叠的存在。
优选地，可从第一频率的不同相位偏移量处的相关性确定相位测量。优选地，可从第二频率的不同相位偏移量处的相关性确定相位测量。可选地，第二频率可以是第一频率的2-n，其中n=1,2,…,等。
优选地，确定I值和Q值的步骤优选对第一频率和/或第二频率进行。使用第一频率和/或第二频率的相位测量步骤可包括使用I值和Q值来确定相位测量。
在本发明的诸实施例中，确定混叠存在涉及执行简单的运算操作，诸如确定I值和/或Q值的符号，例如，通过把第一频率和/或第二频率下的I值和/或Q值与零相比较来确定I值和/或Q值的符号。星座圆的诸分区可用于把不同的相位偏 移量与判定算法相关联以确定混叠的存在。
在本发明的另一个方面，提供了飞行时间或测距传感器，其具有用于确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的装置，该传感器与第一和第二信号联用，并且还与照明单元联用，该照明单元适于用经调制的调制光照明场景，该系统适于通过把相关性信号施加到从场景反射的调制光来获得相关性测量，
该传感器包括：
a）用于提供由照明单元用来照明场景的第一信号的装置；
b）用于检测来自场景中至少一个对象的第一频率的反射光的装置；
c)用于确定调制信号和在成像处收到的反射光之间的第一相关性的装置；
d)用于确定在成像传感器处收到的反射光和第二信号之间的第二相关性的装置；
e）用于从成像传感器到场景的距离确定第一相关性以及从第二相关性确定混叠存在的装置。
可如此提供装置以便有第二频率的第二信号用于调制用于照明场景的光，其中第二频率不同于第一频率。或者，可如此提供装置以便用于调制来自照明单元的光的第三信号可具有与用于第二相关性的第二信号不同的占空比。可提供装置以便第二信号相比于第一信号被偏移。为了去除在第二相关性步骤之后仍存在的任何可能的混叠，可提供用于确定与距离有关（即，与传感器和场景间的距离有关）的参数的装置。该与距离有关的参数可以是置信度水平，例如，反射映象。
在本发明的又一方面中提供了飞行时间或测距传感器，其具有用于确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的装置，该传感器具有成像传感器且与照明单元联用，该照明单元适于用具有周期性的调制光照明场景；包括：
a)a)用于提供由照明单元用来以第一频率和第二频率调制的光照明场景的调制信号的装置；
b）用于检测来自场景中至少一个对象的反射光的装置；
c)第一装置，用于确定调制信号和在成像传感器处收到的第一频率的反射光之间的第一相关性；
d）第二装置，用于确定由照明单元发射的照明光和在成像传感器处收到的第二频率的反射光之间的第二相关性；以及
e）第三装置，用于从第一相关性和/或第二相关性确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，以及使用该同相和/或正交分量来确定混叠的存在。
用于检测反射光的装置是有诸像素的传感器。用于确定相关性的装置和/或用于确定同相和/或正交分量的装置或用于确定混叠存在的装置可以是链接到该处理器或与该处理器集成的处理单元。例如，可由计算机来提供这些装置，该传感器的输出链接到该计算机。
取决于第一频率和第二频率以及它们之间的分隔或关系，混叠的存在或模糊性可被确定在特定的距离限度内。该模糊性表示最多在一特定距离内能可靠地确定TOF距离。当基于其它因子或过程而非TOF为距离测量确定置信度水平时，在一些实施例中混叠的效果或模糊性可被进一步减小。根据本发明的诸实施例，应用了置信度阈值。该置信度阈值例如可基于取决于可检测到的场景对象属性的距离。此类与距离有关的因子例如可以是被动的如从对象发射的IR光量、返回图像中斑纹的大小，或者可以是主动的诸如投射发散斑纹以及测量如传感器所见的斑纹的大小。该阈值可逐像素应用。在替换实施例中，可基于完整图像的一部分（例如，基于图像中由图像处理技术可检测到的对象或诸对象）或整幅图像应用置信度阈值。例如，要在场景中检测的对象的反射率可用来确认所测量的距离可能是正确的。通过使用其中置信度阈值取决于距离的智能阈值过程，有可能增加在实践中本发明的TOF相机系统所支持的最大距离，或者减少最小反射率从而延伸能可靠检测的最大距离。
优选地，第三装置适于从检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号来确定混叠的存在。
优选地，第一装置适于从第一频率的不同相位偏移量处的相关性测量进行相位测量。优选地，第二装置适于从第二频率的不同相位偏移量处的相关性测量进行相位测量。
可选地，第二频率可以是第一频率的2-n，其中n=1,2,…,等。
优选地，用于确定的第三装置适于确定第一频率和/或第二频率下的I值和Q值。
在本发明的诸实施例中，用于确定的第三装置适于通过确定I值和/或Q值的符号来确定混叠的存在，例如，通过把第一频率和/或第二频率下的I值和/或Q值与零相比较来确定I值和/或Q值的符号。
以上传感器中的任何传感器可以是TOF设备的一部分。
附图简述
为了更好地理解本发明，现在将仅作为示例地参照附图，其中：
图1示出具有四个相位象限或相区的相位循环；
图2和图1相似但具有八个相区；以及
图3示出示出解混叠效果和场景中对象反射的图表。
图4示出示出光（光反射以及所需信号驱动TOF乘法器的混合输入）调制信号诸技术中一种的图表。
图5示出示出光（光反射以及所需信号驱动TOF乘法器的混合输入）调制信号诸技术中另一种的图表。
图6示出根据本发明实施例的TOF相机。
图7是TOF系统的示意图。
发明详述
虽然将关于具体实施例并参考特定附图描述本发明，但是本发明不限于此。所示附图只是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明目的，将某些元素的尺寸放大且未按比例绘出。
在本文的其余部分将基于相位测量来描述解混叠原理。然而，要注意本发明还可用于其它周期性信号（例如，伪随机比特流或其它数字信号）。
参考图7，在TOF测量中，来自具有照明单元的TOF相机系统的照明光行进至场景中诸点并从这些点反射回抵TOF相机系统的传感器单元的光的往返行程时间被测量。在传统的TOF相机系统中，照明光包括周期性调制光，其通过用来自信号发生器的信号驱动照明单元生成。在用于确定飞行时间的一种选项中，从TOF相机系统发射的用以照明场景的光和所收到的从场景反射的光之间的相位延迟被确定。这可在相关性及评估单元中完成，该相关性及评估单元从信号发生器接收调制信号。
使用光的周期长度和速度，相位延迟可随后被转换成测得的距离，即对象的至少一个点距TOF相机系统的距离。这可在逐像素的基础上进行。由于调制光的周期性性质，隔特定距离相位延迟测量就重复（或混叠），一旦相位延迟超过周期数倍就会发生这种情况。相位延迟测量的这种重复被称作如上所述的信号的“混叠”。实质上，TOF距离测量D可按下式确定：
D = ( c 2 f ) * ( phase _ deg + k . 360 360 )
其中c是光速，f是调制光频率，phase_deg是以角度计的相移，而k与已经“混叠”的周期的数目相关。该等式中的第一个因子是混叠距离，对于未提供解混叠的系统，其对应于不确定性距离，即：
D = ( c 2 f )
该距离表示在一个周期内能够覆盖的最大距离。更大的距离将要循环k，因此如果在图像中存在更大的距离，其被混叠并且为了对其进行准确地测量需要对k的知识。
基于该原理的距离测量在理论上从不唯一地限定，而是对应于不受限数目个可能的距离测量。当今的系统假设对于所有测量而言k值均为零。因此，如果事实上对于某些像素而言k>0，则该假设无效且测量错误。
根据本发明的诸方面，描述了一种新颖的解混叠方法，该方法可被用来标识k为0，或者在特定的范围内，和/或标识k的确切值。本发明的诸实施例描述了一种在飞行时间系统的相关性测量中确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的方法，该飞行时间系统具有成像传感器并且与照明单元联用，该照明单元适于用调制光照明场景，该系统适于通过把相关性信号施加到从场景反射的调制光来获得相关性测量。该方法中的诸步骤可以按任何合适的次序执行。该方法可包括：
a）检测来自场景中至少一个对象的反射光；
b）通过一个或多个第一相关性测量来确定第一相关性信号和在成像传感器收到的反射光之间的第一相关性，第一相关性信号具有第一频率的周期性波形且第一相关性测量提供与从成像传感器到至少一个对象的距离有关的参数值；
c）通过一个或多个第二相关性测量来确定在成像传感器收到的反射光和第二相关性信号之间的第二相关性，第二相关性信号具有第二频率的周期性波形，第二频率低于第一频率；
d）从第二相关性测量确定代表混叠的存在的那个参数的值。
该参数可以是相位差。在该方法中，可从第一频率的不同相位偏移量处的第一相关性测量确定第一相位测量。优选在第一相关性测量中检测到的反射信号的信号积分时间长于第二相关性测量的信号积分时间。这可改进距离测量的准确性同时仍可解决混叠。
第二相关性信号可具有与（与其相关的）检测到的反射调制光的占空比不同的占空比。第二相关性信号的占空比可以是50％。
第一相关性测量和/或第二相关性测量被组合成混叠指示符。此类混叠指示符可以是I值和Q值。另一指示符可基于与距离有关的因子（诸如来自场景中对象的反射率）。
本方法还包括以下各项步骤：
使用第二频率的不同相位偏移量来确定第二相关性测量；以及
从一个或多个第二相关性测量确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，以及使用该同相和/或正交分量来确定混叠的存在。
可通过使用从测量与距离有关的因子所确定的置信度水平来确定混叠的存在。该与距离有关的因子可以是反射光量、斑纹图样的大小、施加图样（imposed pattern）的大小。
可以从指示符（诸如，检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号）来确定混叠的存在。
可从第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性测量确定第二相位测量。第一频率不同于第二频率，例如，比第二频率高或者是其倍数。
确定同相和/或正交分量的步骤可包括确定第一频率和/或第二频率下的I值和Q值。
可以从指示符（诸如I和/或Q的符号和/或I的绝对值和Q的绝对值之差）来确定混叠的存在。
诸实施例描述了飞行时间或测距传感器单元，其具有用于确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的装置，该传感器与照明单元联用，该照明单元适于用调制光照明场景，该系统适于通过把相关性信号施加到从场景反射的调制光来获得相关性测量，
该传感器单元，包括：
a）第一装置，用于检测来自场景中至少一个对象的反射光；
b）第二装置，用于通过第一相关性测量来确定第一相关性信号和在成像传感器收到的反射光之间的第一相关性，第一相关性测量提供与从成像传感器到场景的距离有关的参数值；
d）第三装置，用于通过第二相关性测量来确定在成像传感器收到的反射光和第二信号之间的第二相关性，第二信号具有第二频率的周期性波形，第二频率低于第一频率；
e)第四装置，用于从第二相关性测量确定代表混叠的存在的那个值。
该参数可以是相位差。第二装置可适于从第一频率的不同相位偏移量处的第一相关性测量确定第一相位测量。
优选第二装置和第三装置适于使第一相关性测量的信号积分时间长于第二相关性测量的积分时间。
第二相关性信号可具有与（与其相关的）检测到的反射调制光的占空比不同的占空比。第二信号的占空比可以是50％。
用于确定第二相关性的第三装置可适于执行第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性测量；以及
传感器单元适于从第二相关性测量确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，且第四装置使用该同相和/或正交分量来确定混叠的存在。
可通过使用从与距离有关的因子所确定的置信度水平来确定混叠的存在。该与距离有关的因子可以是以第一频率和/或第二频率调制的反射光量、斑纹图样的大小、施加图样的大小。
用于确定同相和/或正交分量的装置可适于从检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号来确定混叠的存在。
用于确定的第二装置可适于从第一频率的不同相位偏移量处的第一相关性进行相位测量。
用于确定的第三装置可适于从第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性进行相位测量。
第一频率不同于第二频率，例如，比第二频率高或者是其倍数。
用于确定同相和/或正交分量的第四装置可适于确定第二频率下的I值和Q值。
用于确定同相和/或正交分量的第四装置可适于通过确定I值和/或Q值的符号来确定混叠的存在。
优选为相位偏移量校准第一信号和/或第二信号以避免偏移量误差。
传感器单元的传感器可与相关性及评估单元联用，该相关性及评估单元可包括诸如微处理器或FPGA之类的处理器。
虽然第一和第二信号将被描述用于与反射光的相关性，本发明包括可被级联或重复施加的更多信号的使用，并且这些信号还可处于与第一和第二信号不同的频率。
第一个优点是，当确定k是否为0时，现在的距离测量是唯一限定的距离测量，从而避免系统在k>0的情况下输出错误距离信息，如上所述。第二个优点是，当 知晓k值时，其使系统进一步能将该标识出的信息转换到更长的距离范围。第三个优点是可使用更高的调制频率，其伴随深度准确性上可能的有利效果。
在一些距离测量技术中（诸如TOF），还获取在测量中反射的有效红外光强的额外值，我们将其称之为置信度。该置信度随距离的平方降低。
解决混叠模糊性的第一途径是查看置信度以确定k。由于置信度不仅是距离的函数还是场景中表面的反射率的函数，这不是一个好的方案。因而，极低的置信度可对应于远超过一个周期(k>0)的对象，或对应于邻近处有极低反射率的物体（例如，黑色皮夹克）。因此，为了依赖于该原理，必须要知道场景中所有像素在场景中的反射率。在此类情况下，置信度可用于确定k。然而，实践中这种情况很少。
本发明中所使用的一种途径将部分依赖于置信度。第一种途径是基于置信度抑制可能存在k>0的所有像素。如上所述，置信度不允许k>0的像素与邻近但具有极低反射率的像素区分开，并且两者均被抑制。因此，应用该原理有一点是肯定的：k>0的测量被抑制，而且在特定反射率限度以内的小于混叠距离的良好测量也被抑制。第一阶中该最小反射率限度与应用所需的最大距离的平方成正比，与清晰距离的平方成反比。由于既能与高反射率水平又能与低反射率水平（例如，针对低反射率的衣物面料）兼容是许多技术用例的目标，该反射率限度是上述技术的重要限制。因此，本发明的目标在于最小化这种限制。这是通过增加清晰距离或减少应用所需的最大距离来获得的。然而，由于多数情况下应用所定义的参数固定，后者前景甚微或没有前景并因而在本文的剩余部分不作考虑。通过降低调制频率可简单地增加清晰距离。然而，这对距离测量的不确定性有负面影响。因此，本文中所解释的增加清晰距离的其它方式是重要的。
使用更加复杂的置信度阈值机制（诸如取决于距离的自适应阈值），有可能增加具有特定反射率限度的最大支持距离和/或降低最小反射率极限。
为了便于说明，贯穿本说明书全文假设典型的TOF相机系统。为了测量TOF相机系统中的相位，确定同相I值及正交值或Q值。术语正交指具有相位信息的信号。通常，此类信号异相90°，但是本发明中不受限于表示90°的正交。可使用以360°为限的其它角度，诸如60°，30°等。通过在星座图中检查此类判定区域来完成对混叠的确定。
根据本发明的诸实施例，确定I值和Q值。这通常是通过测量数个相位偏移量（例如，2个或3个、4个不同的相位偏移量）处的发射和反射光信号之间的相关性来完成的。例如，4个偏移量典型地是0°、90°、180°和270°。使用这些测量， I值和Q值是：
I=M_0–M_180
Q=M_90–M_270
其中M_0，M_90，M_180和M_270分别是0o，90o，180o和270o处的测量值。
I和Q可随后被轮流用于使用标准三角关系来计算相位φ：
φ=atan2(Q,I)
在贯穿后文的描述中，作为TOF测量照明光所使用的调制频率将被称作第一频率或基频（BF）。此外，第二频率或导出频率将根据其与BF的关系（例如，二分频或四分频，等等）被称呼。
本发明的一个目标还在于提供通过紧接着TOF距离测量添加一额外的但较短的测量来允许区分混叠以确定混叠状态的技术。本发明的一个目标在于使进行该测量所需的积分时间尽可能少，以便在所需的照明中节省能量以及拥有尽可能多的焦点，并允许用于实际距离测量的长积分时间。积分时间越长不确定性越低。然而，可用的积分时间受限于所需帧速率，例如对于50帧/秒而言为20ms。因此，具有在极短时间帧内标识混叠的技术是重要且非常有利的。
根据本发明的第一实施例，以较低的第二频率用上述的标准TOF技术进行了一个额外的测量。该测量例如可取为二分频（HALF）的第二频率（即，第一频率或BF的二分频）。在此情况下，系统能够使用以下关系辨别k是偶数还是奇数：
若QHALF>0→TOF测量具有偶数k
若QHALF<0→TOF测量具有奇数k
因此，仅检查一个测量的符号就允许减少或为奇数或为偶数的可能k值。因此，清晰距离增加2倍，从而减少反射率限度4倍。
然而，例如由测量中的噪声所致，当QHALF非常接近0时，测量被错误地解读错。
替换地，通过使用如上的相同关系（带有相同的测量中的噪声问题）也可使用IHALF测量。
为了改进这点，可考虑测量的时间相干性，并且拒绝那些改变全部（或者接近于）混叠距离的距离（因为如上所述这些易由噪声引起）。混叠距离通常非常大，例如对于20MHz的调制频率而言有7.5m。接下来考虑的或者与时间相干性一起考虑的还有周围像素。
增加抗噪声鲁棒性的另一种方式是在测量中添加额外的冗余性，例如，不仅通 过检查IHALF或QHALF，还要检查这两者并且随后使用符号QHALF、符号IHALF以及符号QBF及IBF。以此方式，可获得如下将更加详细描述的四种可能结果及结论。
QBF及IBF通常容易获得，由于这些不得不被计算以完成TOF测量本身，并因而不被认作额外需要的测量。
图1示出被分成四个象限1、2、3和4的星座图10。每一象限1、2、3和4分别对应于0°到90°之间、90°到180°之间、180°到270°之间，以及270°到0°或360°之间的相位范围。关于第一频率或基频以及是基频二分频的第二频率，下表1作出了解说，其中每一行对应于循环10中的二分频或低频象限，而每一列对应于BF或高频象限。对于每一测量，符号QHALF、IHALF、QBF和IBF随后被用来确定BF或第一频率的象限以及二分频或更低频率的象限。使用这些象限在表1中指示了二分频或更低频率的正确象限值。正确值随后被用来确定k的奇数和偶数符号，如上所述。以此方式，由测量冗余性引起的最高达90°的噪声可被校正。
表1
情况 BF_1 BF_2 BF_3 BF_4
HALF_1 HALF_1 HALF_1 HALF_2 HALF_4
HALF_2 HALF_3 HALF_1 HALF_2 HALF_2
HALF_3 HALF_3 HALF_3 HALF_4 HALF_2
HALF_4 HALF_1 HALF_3 HALF_4 HALF_4
因此，置信度阈值必须被设置成去除可能有k>1的所有测量，随后知晓该二分频象限，‘HALF_3’或‘HALF_4’的值表示需要添加单个混叠距离，‘HALF_1’或‘HALF_2’的象限值表示不存在混叠。因此，通过仅添加HALFQ和HALFI的测量以及查看符号HALFQ、HALFI、QBF、IBF可以实现清晰距离增加一倍。.
由于仅需要为HALFQ和HALFI测量区分符号，期望限制用来获得这些测量的有效光线量。如上所述，使用该技术可校正约90°的噪声。因此，系统操作应当被设计成避免大于90°的噪声，如3D飞行时间相机领域的技术人员能达成的。
此外，第二个重要的限制是在以两个频率完成的测量间的偏移量。将在上面的推理中从可耐受的90°的噪声水平推导出该偏移量。因此，尽可能地减少该偏移量 是重要的。这可通过例如以下的方式完成：1)相移调制信号或2)在计算上把收到的相关性之一向后旋转。
通过测量每一频率在固定的已知距离处的相位，以及校正测量出的偏移量，可在生产期间在TOF相机校准相位期间做到减少偏移量。该偏移量值被存储在数字存储器中并随后被用来施加延迟到发射光或反射光之一以补偿该偏移量。
在典型的实现中，通过TOF相机系统中的基时钟所允许的可能的最少数字步骤数目实现第一或高调制频率，同时用数个基时钟记号制造第二频率或最低频率。因此，仅必须调整第二或最低频率（在此情况下为二分频）以使其延迟与第一或最高频率（BF）的延迟相匹配。此外，通过使用PLL或延迟时间可去除剩余的失配。
替换地，还可通过用(2x2)乘以(2x1)矩阵乘法来旋转I和Q坐标来实现同步，其中可在校准期间确定(2x2)矩阵，或者可为特定TOF相机系统生产线将其定义为固定矩阵。
然而，需要注意，本发明的第一实施例具有明显的限制，因为它仅检测以第一或原始调制频率（即，BF信号）可获得的不模糊或清晰距离的至多两倍。
在本发明的第二实施例中，第二频率可以是四分频频率，例如，对于20MHz的第一频率BF，可用的第二频率或最低频率是5MHz。这提供了范围的延伸，其中标识可被实现到最多达混叠距离四倍的范围。
图2示出了循环20，其已被分成如所示的八个区1、2、3、4、5、6、7和8。如在下表2中所示现在有八种可能的情况，其需要被检查以避免因测量中噪声的存在引起从一种情况跳转到另一种情况。
如上文二分频频率的情况，没有冗余但去除了噪声的实现是可能的。在此情况下，这是基于仅在4个象限内分离该四分频频率。类似于之前的情况，使用时间相干性和/或与邻近像素的相干性可提供对噪声影响的补偿。
表2
情况 BF_1 BF_2 BF_3 BF_4
QUARTER_1 QUARTER_1 QUARTER_1 QUARTER_2 QUARTER_8
QUARTER_2 QUARTER_3 QUARTER_1 QUARTER_2 QUARTER_2
QUARTER_3 QUARTER_3 QUARTER_3 QUARTER_4 QUARTER_2
QUARTER_4 QUARTER_5 QUARTER_3 QUARTER_4 QUARTER_4
QUARTER_5 QUARTER_5 QUARTER_5 QUARTER_6 QUARTER_4
QUARTER_6 QUARTER_7 QUARTER_5 QUARTER_6 QUARTER_6
QUARTER_7 QUARTER_7 QUARTER_7 QUARTER_8 QUARTER_6
QUARTER_8 QUARTER_1 QUARTER_7 QUARTER_8 QUARTER_8
表2中，每一行对应于循环20中的第二频率四分频或低频区，而每一列对应于第一频率BF或高频象限。表2中的值对应于正确的四分频。以此方式，由测量冗余性引起的最高达90°的BF或高频噪声可被校正。
在表2中，假设执行以下步骤则可区分情况1至8：
1）检查符号I
2）检查符号Q
3）检查是否I>Q
如前所述，所有这些操作都是简单的比较操作，但是约束保持相同，即第一频率BF或高频信号的90°等同于第二频率四分频或低频信号的22.5°。这也是表1和表2均有四列的原因所在。
对在用于低频的情况QUARTER_1到情况QUARTER_8间进行区分随后有助于标识：
QUARTER_1或QUARTER_2:k属于[0;4;8;…]
QUARTER_3或QUARTER_4:k属于[1;5;9;…]
QUARTER_5或QUARTER_6:k属于[2;6;10;…]
QUARTER_7或QUARTER_8:k属于[3;7;11;…]
据此清晰距离延伸4倍。因此，需要施加到置信度阈值上的反射率限度将显著减小，如所期望的。
将容易理解本发明不受限于是二分频或四分频频率的第二频率并且可延伸到其它频率，诸如八分之一频率及更小分频。然而，伴随使用八分之一频率及更小分频存在与之相关联的计算要求上的增加，那样该技术使用至少八个情况以及优选16个情况以便能标识所有混叠模式。
把混叠距离延伸最高达四倍，在许多情况下BF或高频的不模糊或清晰间隔已经足以实现完全解混叠的距离测量或相关联图像。但是，要领会进一步延伸TOF相机系统的不模糊或清晰距离包括在本发明的范围之内。
在图3中示出了反射率和距离的折衷，其中相对信号强度的图表相对于距离来标绘。迹线30涉及反射率4%的非混叠信号而迹线35涉及反射率100%的混叠信号。
然而，已经发现当增加调制频率（这对TOF相机系统的性能有益）时延伸系统的最大距离四倍可能不足够。如果使用100MHz的第一频率BF具有1.5m的自然不模糊或清晰距离，使用参考本发明上文第二实施例所述的四分频频率的第二频率则不模糊或清晰距离现在是6m。然而，如果由TOF相机系统将在其中操作的范围的大小引起距离测量限于3m，反射率限度变成一阶的25%，这使得对低反射率对象的距离确定很难。此外，对于需要在大于6m的距离处解混叠的系统，为四分频频率的第二频率因而是不足够的。
如上所述，针对这些情形可以使用八分频的第二频率，但是这会伴随更复杂的比较。作为对更复杂比较的一种替换，可以使用迭代技术来延伸不模糊或清晰距离。
可以实现一种迭代方法，其使用如上文在本发明的第一实施例中所述的二分频作为第二频率。这把不模糊或清晰距离延伸了100％，即把用第一频率BF获得的清晰距离乘以2。在第一次迭代中，距离延伸了100%（乘以2）。在第二次迭代中，距离又延伸了100%（实际上乘以4），并且在第三次迭代中，距离再延伸了100%（乘以8）。在每次迭代中确定I和Q的符号以确定测量中混叠的存在。
要领会有可能无限地执行迭代但是可耐受的噪声极限必须被仔细地遵守。对于一个步骤最大可接受噪声是90°，但是这个必须随后在该迭代过程的所有阶段被遵守。
替换地，代替使用第二二分频频率的迭代，可为第二四分频频率执行迭代，这允许对在其上可用相同测量数目测量的对象的距离的更大延伸。此外，迭代可被组合使用第二二分频频率和第二四分频频率两者。还可能在迭代中包括第二二分频频率据此以其它方式进一步延伸不模糊或清晰距离。
通常采取多个不同的测量来实现TOF测量。在由照明光源发射的调制信号和在TOF相机系统的成像传感器处收到的信号之间的相位差或时间延迟差上，这些测量各不相同。这些测量可被术语化为“相位帧”。典型地，0°、90°、180°和270°用于相位帧。可并行进行或顺序进行这些测量中的每一测量。由于本发明要求要进行一个或多个额外测量，实现这些额外测量的各种方式都是可能的。
实现该额外测量的一种方法是减少相位帧的测量时间的长度，并且增加所需的额外测量。在一个实现中，需要四个额外的相位帧，导致了在0_HF、90_HF、180_HF、270_HF、0_LF、90_LF、180_LF、270_LF处的测量，其中HF指高频而LF指低频。典型地，这些测量被顺序地进行，并且与HF相比，对于LF而言为了足够准确解混叠所需的测量时间要少得多。
另一种方法是在每一个体相位帧之后增加这些额外的测量，每一个体相位帧导致在0_HF、0_LF、90_HF、90_LF、180_LF、180_HF、270_LF、270_HF处的测量。
如果系统允许这些测量也可以并行进行。
使用低电平电器件可实现本发明的方法。虽然可在主机上的驱动电路中甚至在其后轻易实现该方法，但是典型地在同伴芯片或现场可编程门阵列（FPGA）上运行的固件中实现该方法。该方法还可被集成到成像传感器的集成电路（IC）中。此外，本发明的方法由于它基于非常简单的比较逻辑而不是困难的代数函数（诸如反正切(tan-1或atan)，平方根(sqrt)，等等）故而特别有用。
通过减少所需测量数目可优化本发明的系统。根据TOF理论，优选至少有三个测量。因此，有可能仅测量0°值、90°值以及参考值。此处，可如下确定所需的I值和Q值：
I=M_0°–参考值
Q=M_90°–参考值
其中M_0°和M_90°分别是在0°和90°进行的测量。
虽然已经把本发明描述成使用以90°为间隔进行的测量（例如，0°、90°、180°和270°），要领会也可使用其它的测量。测量间隔可以是0°、120°和240°或者任何合适的测量间隔。如果要评估同相和正交信号，趋于使用0°、90°、180°及270°或者90°、180°、270°及360°的间隔。
在本发明的另一实现中，对于添加的更低频率测量，可以为发送到光源的调制光以及为发送到传感器中混频器29（见图6）的混频信号使用不同的占空比。在图4中示出了其中信号用于此类途径的示例帧。该帧具有长度110，并且如在这类测量中常见的，为了改进信噪比，为一个测量重复多次所示的帧。一个典型的数目示例是对于100ns的帧长度，重复1000次并且在100us的有效时间上积分。
一个例如是BF周期一半的信号（例如，具有长度100的脉冲106）被用作照明的调制信号，并且用脉冲107来驱动传感器的混频器，该脉冲107具有比脉冲长度100大的占空比长度103（例如，对应于二分频频率脉冲长度）。使用此类信号可如下验证k是奇数还是偶数：
1）第一测量（M1），通过图4中指示的混频信号
2）第二测量（M2），通过图4中指示的反相混频信号
M1>M2将指示k=偶数，如图4中RETURN_LIGHT_A所示。M1>M2将指 示k=奇数，如图4中RETURN_LIGHT_B所示。
优选以距离对应于BF的混叠距离（在此距离M1=M2）的这一种方式组织图4中的波形。由于该原因，脉冲106的开始（如图4中所示）从脉冲107的开始移相（由于脉冲106跨越帧边界并且因此有一部分在帧的开始处有一部分在帧的结尾处）。还要注意所选择的脉冲宽度100越小，值k上所获得的对比越强；但是，随着脉冲宽度100被选小，由照明发射的能量越小并因而需要更长的积分时间以获得特定噪声水平。
该技术的优点在于仅需进行两个测量。不需要额外的冗余性。据此，更多的时间可用于执行实际TOF距离测量。
图5中示出了其中信号用于上述占空比更一般途径的变体技术的示例帧。同样，该帧具有长度210并且其在解混叠的额外测量期间将被视作连续重复。脉冲长度203可被任意选择以检查k（例如，脉冲长度203可被选择成与混叠距离相对应，并且脉冲长度204与2倍的混叠距离相对应），据此允许如下检查k：
1）通过图5中指示的混频信号测量（M1）
2）通过图5中指示的反相混频信号测量（M2）
M1>M2将指示k属于[0;3;4;7;8;11…]
M2>M1将指示k属于[1;2;5:6;9:10;…]
因此，仅通过两个额外的测量，清晰距离的延伸就可达k=2(k=3将类似于k=0)。
要注意上面是示例，并且可通过选择不同的脉冲长度203和204来验证以相似方式对k的任何验证（包括非整数），如本领域技术人员所能配置的。此外，与之前的技术相似，也可对本技术实施迭代，以便进一步延伸清晰距离。
还要注意所选择的脉冲宽度200越小，值k上所获得的对比越强；但是，随着脉冲宽度200被选小，由照明发射的能量越小并因而需要更长的积分时间以获得特定噪声水平。
重要的是混频信号波形平均起来仍具有50%的均衡占空比。这主要是确保在不同的所需TOF测量期间背景光被均衡并被抵消。作为实现延伸脉冲的示例，如图5所示混频信号在周期的开始和结尾处为高。开始处的脉冲长度205实际上之前有脉冲长度203（在之前帧的结尾处），为了均衡两者的总和等于204。
图6示出根据本发明的TOF相机或测距系统的另一实施例。测距系统包括光源49，用于发射周期性光51到光在那里被反射的场景55（优选聚焦在感兴趣的区域上）上。周期性光51包括两个可检测的不同频率—第一频率或基频以及第二更 低频率。测距系统进一步包括用于接收反射光的至少一个像素31。反射光也包含信号分量，例如，第一频率和第二频率的脉冲。为了光源49反射调制光，提供信号发生器43。信号发生器43生成节点48上的信号或调制信号，该信号优选永久以预定的第一频率或基频（例如，约10MHz）振荡。信号发生器43还生成类似的第二到第五时钟信号，这些信号分别被递送到节点44、45、46、47上，关于节点48上的第一时钟信号，这些信号分别具有0°、180°、90°和270°的相位关系。本领域的技术人员还可考虑在该操作方案中使用其它或更多的时钟相位，更多的时钟相位导致以更长测量时间换取的更好的测量精度。该信号发生器还生成第二频率或更低频率的信号。于是信号发生器生成第二频率或更低频率的第一到第五时钟信号。这例如可通过生成第一频率或基频的信号但按规律的间隔（例如，以基频的分频）改变该基频信号的振幅（例如，增加振幅）来实现。例如，第二频率可以是第一频率的2-n，其中n=1,2,…,等。通过滤波，可从调制信号中提取第一频率的信号或第二频率的信号，例如，还可从来自视野内对象的反射信号提取。
信号发生器43还可生成控制信号41，控制信号41让调制信号改变装置改变调制信号，例如，控制信号41让选择器58在第二到第五时钟信号间（即，时钟信号的不同相位间）进行选择。选择器58在这四个相位间进行顺序地切换，从而顺序地连接检测器及混频器级200的混频器29的输入节点42与节点44、45、46和47上的第二到第五时钟信号。在这些位置的每一处，选择器58可保持连接例如约1ms的弛豫周期。
缓冲器50驱动光源49，其发射光51到场景55上（优选聚焦在感兴趣的区域上）。该光的部分被反射，从而生成反射光52。该反射光52随后抵达光学聚焦系统（诸如，透镜56）上，通过该光学聚焦系统成像或聚焦在检测器28内侧像素31上，在此处入射的光部分被称作反射调制光（ML）27。
均源于第二光源30但并不旨在用于TOF测量的间接光53和直射光54也将在场景中存在，其照射在光学聚焦系统56上并因而聚焦在检测器28上。这种光进入检测器28的部分将被称作背景光（BL）26。生成BL的光源30包括白炽灯、TL灯、阳光、日光或存在于从场景中但并非从用于TOF测量的光源49发出的任何其它光。
ML27和BL26照射到光电检测器28，并分别生成ML-电流和BL-电流，ML-电流和BL-电流是对照射BL26和ML27的光感生电流响应。检测器28向随后的混频装置（例如，混频器29）输出这些电流，用于把对照射BL26和ML27的电流 响应与输入节点42上的相移时钟信号混频。该BL26可感生BL-电流，其比用于TOF测量所收到的由ML27感生的ML-电流最多大6个数量级。
形成检测器及混频器级200的检测器28和混频器29也可被实现为单一器件，例如如在EP1513202A1中所述的示例，其中光生电荷被混频立即生成混频产物（mixingproduct）电流。
检测器和混频器级200将生成带有相移时钟信号的对照射BL26和ML27的电流响应，并且这些信号通过积分器在节点38上被积分，例如用优选保持短小的电容器25实现（例如周围晶体管的寄生电容）。在积分期间，在积分器节点38上执行混频器输出信号的自动复位。为第一频率和第二频率两者执行该自动复位。
这例如可通过比较器33触发复位开关（例如，复位晶体管32）来实现，从而每当混频器输出信号到了参考值Vref，就使混频器输出信号在节点38上被自动复位，从而避免饱和。
在附图中未示出的替换实施例中，可用数种其它方式实现混频器输出信号在积分器节点38上的自动复位。这些方式中的一种是触发电荷泵而不是复位开关32，用以向电容器25添加固定电荷量，以多一些的复杂性为代价向更好的噪声性能让步。
在示例解说的选择器58中，在积分器节点38处，形成混频器输出的混频产物可用于以顺序形式与调制信号改变装置同步。输出驱动器24（例如，缓冲器）提供了基本上为1的电压增益以及电流放大，从而在输出节点23出提供更强的输出信号。
通过滤波，可从从来自视野内对象的反射信号提取第一频率的信号或第二频率的信号。
尽管在附图和前述描述中已详细示出并描述了本发明，此类图示和描述将被认为是解说性的或示例性的而非限制性的；本发明并不受限于所公开的实施例。根据对附图、公开内容以及所附权利要求的学习，实践所要求保护的本发明的本领域技术人员将能理解和实施所公开实施例的其他变形。在互不相同的从属权利要求中记载的特定手段这样的事实并不指示不能有利地使用这些手段的组合。权利要求中的任何参考标号不应被理解为限制范围。

Claims (15)

1.一种在飞行时间系统的相关性测量中确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的方法，所述飞行时间系统具有成像传感器并且与照明单元联用，所述照明单元适于用调制光照明场景，所述系统适于获取相关性信号和从所述场景反射的调制光之间的相关性测量，
所述方法包括：
a)检测来自场景中至少一个对象的反射光；
b)通过一个或多个第一相关性测量来确定第一相关性信号和在成像传感器收到的反射光之间的第一相关性，第一相关性信号具有第一频率的周期性波形且第一相关性测量提供与从成像传感器到至少一个对象的距离有关的参数值；
c)通过一个或多个第二相关性测量来确定在成像传感器收到的反射光和第二相关性信号之间的第二相关性，第二相关性信号具有第二频率的周期性波形，第二频率低于第一频率；
d)从第二相关性测量确定代表混叠的存在的那个参数的值，以及
其中所述第一相关性测量和/或所述第二相关性测量被组合成混叠指示符，从指示符来确定混叠的存在，所述指示符是检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述第一频率的不同相位偏移量处的第一相关性测量确定第一相位测量，以及从所述第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性测量确定第二相位测量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一相关性测量中检测到的反射信号的信号积分时间长于所述第二相关性测量的信号积分时间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二相关性信号可具有不同于与其相关的检测到的反射调制光的占空比的占空比，并且所述第二相关性信号的占空比为50％。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括步骤：
使用第二频率的不同相位偏移量来确定第二相关性测量；以及
从一个或多个第二相关性测量确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，以及使用该同相和/或正交分量来确定混叠的存在。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使用从测量与距离有关的因子所确定的置信度水平来确定混叠的存在，所述与距离有关的因子是反射光量、斑纹图样的大小、施加图样的大小。
7.如权利要求5所述的方法，其中确定同相和/或正交分量的步骤包括确定第一频率和/或第二频率的I值和Q值，和/或I的绝对值和Q的绝对值之差。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二相关性信号是用以均衡所述第二相关性信号的占空比为50％的以第一长度的脉冲开始其后跟随第二长度的脉冲并且以第三长度的脉冲结束的脉冲形混频信号。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一长度的脉冲对应于混叠，而所述第二长度的脉冲对应于所述混叠距离的两倍。
10.一种飞行时间或测距传感器单元，其具有用于确定混叠存在或在特定限度内避免混叠的装置，所述传感器与照明单元联用，所述照明单元适于用调制光照明场景，所述传感器单元适于获取相关性信号和从所述场景反射的调制光之间的相关性测量
所述传感器单元，包括：
a)第一装置，用于检测来自场景中至少一个对象的反射光；
b)第二装置，用于通过第一相关性测量来确定第一相关性信号和在成像传感器收到的反射光之间的第一相关性，第一相关性测量提供与从成像传感器到场景的距离有关的参数值；
c)第三装置，用于通过第二相关性测量来确定在成像传感器收到的反射光和第二相关性信号之间的第二相关性，第二相关性信号具有第二频率的周期性波形，第二频率低于第一频率；
d)第四装置，用于从所述第二相关性测量确定代表混叠的存在的那个值，以及其中：
用于确定所述第二相关性的第三装置适于执行第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性测量；以及
所述传感器单元适于从所述第二相关性测量确定检测到的反射光的同相和/或正交分量，且所述第四装置使用所述同相和/或正交分量来确定混叠的存在，通过使用从与距离有关的因子所确定的置信度水平来确定混叠的存在，所述与距离有关的因子是以第一频率和/或第二频率调制的反射光量、斑纹图样的大小、施加图样的大小，并且其中
用于确定同相和/或正交分量的装置适于从所述检测到的反射光的同相和/或正交分量的符号来确定混叠的存在。
11.如权利要求10所述的传感器单元，其特征在于，所述第二装置适于从第一频率的不同相位偏移量处的第一相关性测量确定第一相位测量，或者其中所述用于确定的第三装置适于从第二频率的不同相位偏移量处的第二相关性进行相位测量，或者其中所述第二装置和所述第三装置适于使所述第一相关性测量的信号积分时间长于所述第二相关性测量的积分时间。
12.如权利要求10所述的传感器单元，其特征在于，所述第二相关性信号具有不同于与其相关的检测到的反射调制光的占空比的占空比，并且所述第二相关性信号的占空比为50％。
13.如权利要求10所述的传感器单元，其特征在于，用于确定同相和/或正交分量的第四装置适于确定第二频率下的I值和Q值，或者其中用于确定同相和/或正交分量的第四装置适于通过确定I值和/或Q值的符号来确定混叠的存在。
14.如权利要求10所述的传感器单元，其特征在于，为相位偏移量校准所述第一相关性信号和/或第二相关性信号。
15.一种具有如权利要求10所述的传感器单元的TOF相机。
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