CN105572681B - 飞行时间传感器的绝对距离测量 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞行时间传感器的绝对距离测量。飞行时间(TOF)传感器装置被设置有用于校正由以下因素引起的距离测量偏移误差的特征，例如：温度、观察空间中的对象的动态反射率范围或其它因素。在各个实施方式中，TOF传感器装置基于对两个不同距离值的比较来生成校正的距离值，其中，两个不同的距离值为针对对象通过两种不同的测量技术测量的距离值，测量技术包括但不限于相移测量、脉冲TOF测量、基于TOF传感器的透镜的焦距的距离测量以及对距离变化与光强变化的比较。另外，TOF传感器装置的一些实施方式将内部波导或寄生反射用作距离参考来执行自校准。

Description

飞行时间传感器的绝对距离测量
技术领域
本文所公开的主题总体上涉及飞行时间(TOF)传感器，更具体涉及用于对由于例如温度、电特性和机械装配等因素引起的TOF传感器中的距离测量偏移进行校正的技术。
发明内容
下文呈现了简化的概要，以便提供对本文所述一些方面的基本的理解。该概要并不是全面综述，也不意在识别关键/决定要素或者描绘本文所述各个方面的范围。其唯一目的是以简化形式将一些概念呈现为要在后面呈现的更详细的描述的序言。
在一个或更多个实施方式中，提供了包括以下的飞行时间(TOF)传感器装置：照明部件，其被配置成朝向观察空间发射光束；第一距离确定部件，其被配置成基于对入射在光接收器阵列上的反射光的飞行时间分析来生成针对与观察空间中的对象相对应的像素的第一距离信息；第二距离确定部件，其被配置成生成针对与对象相对应的像素的第二距离信息；以及距离调节部件，其被配置成基于第二距离信息将校正因子应用于第一距离信息。
此外，一个或更多个实施方式提供了用于生成距离信息的方法：通过包括至少一个处理器的飞行时间(TOF)传感器将光束发射到观察区域中；由TOF传感器使用第一距离测量技术来生成针对与观察区域中的对象相对应的像素的第一距离值，其中，第一距离测量技术包括对在TOF传感器的光接收器阵列处接收的反射光执行飞行时间分析；由TOF传感器使用不同于第一距离测量技术的第二距离测量技术来生成针对与对象相对应的像素的第二距离值；以及基于第二距离值将校正因子应用于第一距离值。
此外，根据一个或更多个实施方式，提供了其上存储指令的非暂态计算机可读介质，响应于执行，所述指令使得TOF传感器装置执行操作，所述操作包括：将光束发送到由TOF传感器装置正在监视的区域中；使用第一距离测量技术来确定针对与区域中的对象相对应的像素的第一距离值，其中，第一距离测量技术包括对在TOF传感器装置的光接收器阵列处接收的反射光执行飞行时间分析；使用不同于第一距离测量技术的第二距离测量技术来确定针对与对象相对应的像素的第二距离值；以及基于第二距离值来修改第一距离值。
为了完成前述及相关的目的，本文结合下面的描述和附图对某些说明性的方面进行了描述。这些方面表明了可以实践的各种方法，意在将所有方法涵盖于本文中。当结合附图考虑时，其它优点和新颖特征根据下面的详细描述可变得明显。
附图说明
图1A和图1B为示出飞行时间(TOF)相机的一般操作的简图。
图2为使用焦距来校正距离值的示例TOF传感器装置的框图。
图3为示出使用焦距的距离数据校正的一般原理的框图。
图4为示出使用焦距来校正距离值的TOF传感器装置的操作的框图。
图5为基于接收透镜元件的焦距来校正TOF距离测量值的示例方法的流程图。
图6为使用相位测量和脉冲TOF原理二者来生成距离信息的示例TOF传感器装置的框图。
图7为示出使用相位测量和脉冲TOF原理二者的距离数据校正的一般原理的框图。
图8为示出使用相位测量和脉冲TOF原理二者的TOF传感器的操作的框图。
图9为用于使用脉冲飞行时间距离值来校正相位测量距离值的示例方法的流程图。
图10为将距离变化与光强变化进行比较以执行距离校正的示例TOF传感器装置的框图。
图11为示出基于对象距离变化与光强变化的比较来对距离数据进行校正的框图。
图12为示出基于对象距离变化与光强变化的比较来校正距离信息的TOF传感器装置的操作的框图。
图13为用于基于所监视的从对象反射的光的强度来对所测量的对象的距离值进行校正的示例方法的流程图。
图14为以使用不同测量原理生成的距离测量值对TOF距离测量值进行补充的示例TOF传感器装置的框图。
图15为示出通过利用TOF距离测量值与使用不同原理获得的另一距离测量值二者校正的距离数据校正的框图。
图16为示出利用TOF距离测量值与使用不同原理获得的另外的距离测量值二者的TOF传感器装置的操作的框图。
图17为用于使用TOF传感器装置来确定对象的距离的示例方法的流程图，其中TOF传感器装置采用了除TOF距离测量以外的第二距离测量原理。
图18为通过将发射光的光路径重新引导至距离参考结构来执行距离校准的示例TOF传感器装置的框图。
图19为示出使用内部波导来执行距离校准的TOF传感器装置的正常操作的框图。
图20为示出使用内部波导来执行距离校准的TOF传感器装置的校准操作的框图。
图21为示出利用寄生反射来校准距离测量值的TOF传感器装置的正常操作的框图。
图22为示出利用寄生反射来校准距离测量值的TOF传感器装置的校准操作的框图。
图23为用于使用内部波导来校准TOF传感器装置的距离测量部件的示例方法的流程图。
图24为用于使用寄生反射来校准TOF传感器装置的距离测量部件的示例方法的流程图。
图25为示例计算环境。
图26为示例网络环境。
具体实施方式
现在将参照附图来描述主题公开内容，其中，相同的附图标记自始至终用于指代相同的要素。在下面的说明书中，出于说明的目的，陈述了许多具体细节，以便提供对其的透彻理解。然而，可能明显的是，主题公开内容可以在没有这些具体细节的情况下进行实践。在其它实例中，以框图的形式示出了众所周知的结构和设备，以便利于对其的描述。
如本申请中所使用的，术语“部件”、“系统”、“平台”、“层”、“控制器”、“终端”、“站”、“节点”和“接口”意在指代计算机相关的实体，或者指代与具有一个或多个具体功能的操作设备有关的实体，或者指代作为具有一个或多个具体功能的操作设备的一部分的实体，其中，这样的实体可以是硬件、硬件与软件的组合、软件或者执行中的软件。例如，部件可以是但不限于：在处理器、微处理器、微控制器、硬盘驱动器、包括附有(例如螺丝连接的或螺栓连接的)或以可除去的方式附有的固态存储驱动器的多个存储驱动器上运行的进程；对象；可执行的对象；执行线程；计算机可执行程序；以及/或者计算机。通过说明的方式，在服务器上运行的应用和服务器二者均可以为部件。一个或更多个部件可以存在于进程和/或执行线程内，以及部件可以被定位在一个计算机上以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，本文所述的部件可以根据具有存储于其上的各种数据结构的各种计算机可读存储介质来执行。部件可以经由例如根据具有一个或更多个数据包(例如来自与本地系统、分布式系统中的另一部件对接的一个部件的数据，以及/或者来自跨网络例如因特网经由信号与其它系统对接的一个部件的数据)的信号的本地和/或远程进程进行通信。作为另一示例，部件可以是具有通过由电气电路或电子电路(其通过由处理器执行的软件或固件应用进行操作)来操作的机械部件提供的特定功能的装置，其中，处理器可以位于设备的内部或外部，并且执行软件或固件应用中的至少一部分。作为又一示例，部件可以是通过无机械部分的电子部件提供具体功能的设备，电子部件可以包括在其中的用于执行提供了电子部件的至少部分功能的软件或固件的处理器。作为另一示例，(一个或多个)接口可以包括输入/输出(I/O)部件以及相关联的处理器、应用或应用程序接口(API)部件。虽然前述示例涉及部件的方面，但是所例示的方面或特征也适用于系统、平台、接口、层、控制器和终端等。
如本文所使用的术语“推断”和“推理”一般指代根据经由事件和/或数据捕获的一组观察结果来关于系统、环境和/或用户的状态进行推论的过程，或者推断系统、环境和/或用户的状态的过程。例如，推理可以被用于识别具体情景或动作，或者推理可以生成例如关于状态的概率分布。推理可以是概率性的，即，基于对数据和事件的考虑来计算关于所关注的状态的概率分布。推理还可以指代用于根据一组事件和/或数据来构成较高级别事件的技术。这样的推理导致根据一组观察的事件和/或存储的事件数据构建新的事件或动作，而不论事件在较近的时间接近度方面是否相关，以及事件和数据是否来自一个或几个事件和数据源。
另外，术语“或”意在指包含性的“或”而非排他性的“或”。即，除非另外指出，或者根据上下文是清楚的，否则短语“X采用A或B”意在指自然的包含性排列中的任一个。即，短语“X采用A或B”由以下实例中的任一个来满足：X采用A；X采用B；或者X采用A和B二者。另外，除非另外指出，或者根据上下文清楚的用于针对单数形式，否则在本申请以及所附的权利要求中使用的冠词“一个”和“一种”应当被一般地解释为指“一个或更多个”。
此外，本文所采用的术语“集合”排除空集，例如，其中没有元素的集合。因而，主题公开内容中的“集合”包括一个或更多个元素或实体。作为说明，一组控制器包括一个或更多个控制器；一组数据源包括一个或更多个数据源等等。同样地，本文使用的术语“群”指代一个或更多个实体的聚集，例如，一组节点指代一个或更多个节点。
将在可以包括许多设备、部件和模块等的系统的方面来呈现各个方面或特征。要理解和领会的是，各个系统可以包括另外的设备、部件和模块等，以及/或者可以不包括关于附图所讨论的全部设备、部件和模块等。也可以使用这些方法的组合。
飞行时间(TOF)相机(又被称为TOF传感器)使用光学技术来生成相机的视场内的对象和表面的距离信息。图1A和图1B示出用于测量对象108的距离信息的示例TOF相机104。如图1A所示，TOF相机104通过发射光束106来照射视场或场景。如图1B所示，场景内的对象和表面(包括对象108)将光反射回TOF相机104的接收元件。TOF相机104然后对所反射的光进行分析，以针对作为结果的图像的每个像素来确定距离测量值。对于使用脉冲TOF方法的TOF相机，相机针对场景的每个像素来测量光脉冲的传送与反射光脉冲的接收之间的时间差。因为光速在给定介质中恒定，所以光脉冲的传送与对应的反射脉冲的到达之间的时间延迟对于给定的像素而言是与该像素相对应的表面点的距离的函数，可以确定与该像素对应的场景中的区域处的对象的距离。对于使用相位测量方法的TOF相机而言，相机基于发射光束106与返回光束之间的相位差来确定距离。总体地，针对场景的全部像素所获得的距离信息产生针对场景的深度映射数据。
存在可以危害TOF传感器的测量精度的许多因素。例如，许多TOF传感器对温度敏感，其在于在额定公差之外的温度可能引入距离测量偏移误差。在正被监视的观察空间内的反射率的高动态范围也可以影响距离测量精度。在这方面，部分是由于难以以适合于亮的对象和暗的对象二者的水平来照射场景，所以观察空间内的高反射对象和具有低反射率的对象二者的存在均可以不利地影响一些像素的距离值。在一些情况下，调节对于明亮对象或暗对象的积分时间可以部分地对距离测量不准确进行补偿。然而，作为结果的距离值仍可以包括基于对象的反射率的偏移误差。
为了解决这些问题及其它问题，本公开内容的各个实施方式提供了一种TOF传感器，其对测量偏移误差进行补偿，以确定观察空间内的对象的绝对距离。在一些实施方式中，TOF传感器可以以使用若干公开技术中的一种技术生成的第二距离测量值对最初TOF距离测量值进行补充。根据一个方法，TOF传感器可以使用集成的自动聚焦功能来控制其接收透镜的焦距。传感器可以确定焦距(在焦距处，观察空间内的给定对象是清晰的)，并且与该焦距对应的距离可以用于校准TOF传感器。
在另一方法中，TOF传感器装备有两种类型的距离测量部件，即相位测量部件和脉冲TOF测量部件。传感器可以利用来自两个距离测量方法的距离信息来产生绝对距离测量值。
在又一方法中，TOF传感器可以被配置成追踪从观察场景内的对象反射的光的强度的变化。因为预料到该强度随着距离的平方反比而变化，所以传感器可以将该强度变化与所观察到的对象的距离改变相互对照，并且通过校准传感器或者通过基于强度变化将校正应用于距离值来确定绝对距离。
本文所述的TOF传感器的一个或更多个实施方式还可以采用第二距离测量原理来确定绝对距离信息。例如，除了TOF距离确定部件(例如脉冲TOF或相移测量)以外，传感器还可以包括感应传感器、基于三角测量的距离确定部件或者另一类型的距离测量部件。该第二距离确定部件可以用于校准TOF距离测量部件，以保证准确的距离值。
根据另一方法，TOF传感器可以使用内部参照来周期性地校准传感器，以用于准确的距离测量。例如，传感器可以包括具有已知距离并且被放置成将光路从发射器引导回传感器的光接收器的内部波导。在校准序列期间，传感器的光发射器可以从使光投射至外部观察空间切换成使光投射至波导，其中，所述波导引导光通过已知距离回到传感器的光接收器。传感器的距离确定部件基于从波导接收的光来执行距离计算，并且传感器将该值与波导的已知长度进行比较。如果所计算的距离与已知距离不匹配，则相应地传感器对距离测量部件进行校准。在一些实施方式中，如将在文本更详细地讨论的，传感器可以使用内部寄生反射而非波导来实现相同的结果。
图2为根据本公开内容的一个或更多个实施方式的示例TOF传感器装置的框图。虽然图2描绘了存在于TOF传感器装置202上的某些功能部件，但是要理解的是，在一些实施方式中图2所示的功能部件中的一个或更多个可以存在于与TOF传感器装置202有关的独立的设备上。本公开内容中说明的系统、设备或过程的方面可以构成在(一个或多个)机器内实施的——例如在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中实施的——机器可执行部件。当由一个或更多个机器执行这样的部件例如(一个或多个)计算机、(一个或多个)计算设备、(一个或多个)自动化设备和(一个或多个)虚拟机器等时，可以使得(一个或多个)机器执行所述操作。
TOF传感器装置202可以包括照明部件204、TOF距离确定部件206、焦点调节部件208、焦距确定部件210、距离调节部件212、控制输出部件214、一个或更多个处理器216和存储器218。在各个实施方式中，照明部件204、TOF距离确定部件206、焦点调节部件208、焦距确定部件210、距离调节部件212、控制输出部件214、一个或更多个处理器216和存储器218中的一个或更多个可以彼此电耦接以及/或者彼此通信地耦接，以执行TOF传感器装置202的功能中的一个或更多个。在一些实施方式中，部件204、部件206、部件208、部件210、部件212和部件214可以包括存储在存储器218上并且由(一个或多个)处理器216执行的软件指令。TOF传感器装置202还可以与图2中未描绘出的其它硬件和/或软件部件进行交互。例如，(一个或多个)处理器216可以与一个或更多个外部用户接口装置进行交互，其中，外部用户接口装置例如键盘、鼠标、监视器、触摸屏、另一传感器、网络、安全设备或其它这样的接口设备。
照明部件204可以被配置成通过传感器装置来控制光的发射。TOF传感器装置202可以包括处于照明部件204的控制下的激光器、发光二极管(LED)、远程荧光体或其它类型的光源。对于采用脉冲TOF原理的传感器装置，照明部件204发射引导至视场的光脉冲，使得可以通过TOF传感器装置202基于返回至传感器的光接收器阵列的反射光脉冲来生成飞行时间信息。TOF距离确定部件206可以被配置成：基于对从观察空间内的对象和表面反射的光的分析(例如，使用脉冲TOF原理或者使用相移测量原理)来得出针对观察空间的图像的相应像素的距离信息，并且基于距离信息来生成观察区域的深度映射。焦点调节部件208可以被配置成：调节TOF传感器装置的透镜的焦距，直到观察空间内的一个或更多个对象被确定为处于最清晰的焦点内。
焦距确定部件210可以被配置成：确定传感器装置的透镜的当前焦距，并且向距离调节部件212提供该焦距信息。距离调节部件212可以被配置成：基于由焦距确定部件210提供的焦距来将校正因子应用于由TOF距离确定部件206生成的距离值。
控制输出部件214可以被配置成：基于由TOF距离确定部件206生成的结果(通过距离调节部件212基于焦距信息进行修改)来控制一个或更多个传感器输出。对于工业应用，这可以包括例如：向工业装置或控制器发送控制信号以执行控制动作；发起安全动作(例如，除去危险机器的电力，将工业系统切换至安全操作模式等)；向显示设备(例如人机接口、个人移动装置等)发送反馈信息；向移动车辆中的车载计算机发送深度映射数据；或者其它这样的输出。
一个或更多个处理器216可以执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能中的一个或更多个功能。存储器218可以为计算机可读存储介质，其存储用于执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。
图3为示出通过TOF传感器装置202的距离数据校正的一般原理的框图。距离调节部件212被配置成从两个通道来接收数据。TOF距离确定部件206通过第一通道来提供TOF距离数据302。TOF距离数据302包括所计算的与所捕获的观察空间的图像的一个或更多个像素相对应的距离值，其中，TOF距离确定部件206基于对从观察空间反射的光的脉冲TOF分析或相位测量分析来确定距离值。通常，TOF距离确定部件206针对观察空间的图像的相应的像素来确定距离值，从而创建观察空间的深度映射。对于每个像素，深度映射指示从TOF传感器装置到与该像素相对应的对象或表面的距离。
除了TOF距离数据302以外，距离调节部件212经由第二通道从焦距确定部件210接收焦距数据304。焦距数据304表示TOF传感器装置的透镜的当前焦距。因为TOF传感器装置202支持自动聚焦功能，所以透镜将聚焦在观察区域内的关注对象上。例如，当新的对象(例如，人、手推车和叉车等)进入观察空间时，TOF传感器装置将自动聚焦在该新对象上，并且在对象穿过观察空间时保持聚焦在该对象上。焦距确定部件210可以检查相机透镜的当前焦距，并且将该信息提供至距离调节部件212。
因为透镜的焦距表明透镜被聚焦在其上的对象的距离，所以焦距可以用于校准由TOF传感器装置生成的距离测量值。例如，距离调节部件212可以基于焦距数据304与TOF距离数据302的比较来生成校正因子，并且应用该校正因子来产生经调节的距离数据306。在一些实施方式中，TOF传感器装置202可以连续捕获焦距，并且在从TOF距离确定部件206接收测量值时对每个TOF距离测量值进行调节。在其它实施方式中，TOF传感器装置202可以被配置成在需要时执行校准序列或者周期性地执行校准序列。当发起这样的校准序列时，TOF传感器装置202可以针对与观察空间内的对象相对应的像素来执行当前焦距与所测量的TOF距离之间的单个比较，并且基于比较结果来重新校准TOF距离确定部件206(或者距离调节部件212)。
图4为示出根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置202的操作的框图。在该示例中，照明部件204对经由透镜元件406将(例如来自LED、激光或远程荧光体光源的)光发射至视场进行控制。例如，如果TOF传感器装置202采用脉冲飞行时间原理以用于测量距离，则照明部件204可以将光脉冲的宽束(例如锥形束)投射于视场。在一些实施方式中，照明部件204可以向视场投射LED照明的宽的、基本为平面的光束。对于扫描类型的装置，照明部件204可以以振荡的方式在跨越观察区域的角范围上扫过该平面光束，以利于收集在全部观察范围上的图像数据。在其它实施方式中，该光束可以保持静态(沿固定方向对准)，使得在对象经过光束的平面时可以检测到并且识别该对象。在又一示例中，照明部件204可以将光的宽束(例如锥形束)投射于视场。
接收透镜元件408接收从视场反射的光，并且使反射光引导至光接收器阵列410，其中，光接收器阵列410针对阵列的每个像素生成相应的电输出，其为在每个光接收器处接收的光的强度的函数。TOF距离确定部件206(其可以是光接收器阵列410的集成部件)可以对像素执行TOF分析(又被称为3D分析)，以确定与每个像素相关联的距离值。距离值表示与像素相对应的对象或表面上的点到传感器装置的距离。TOF距离确定部件206所采用的分析技术取决于设备所支持的TOF分析和照明的类型。例如，对于采用相移分析的TOF传感器装置，TOF距离确定部件206可以监视在光接收器处接收的反射光束的相移，并且将该相移与由照明部件204发射的光束的相位进行比较。然后，距离被确定为发射光与接收光之间的相对相移的函数。采用脉冲光照明的其它类型的成像传感器对通过照明部件204的光脉冲的发射与对于每个像素在光接收器410处的反射光脉冲的接收之间的持续时间进行测量，并且将距离确定为该持续时间的函数。在这样的实施方式中，TOF距离确定部件206可以监视光接收器的电输出(其为入射在光接收器的表面上的光的强度的函数)，并且生成表示反射光脉冲的波形。然后，可以基于优化信号分析(例如，基于脉冲波形的积分、最大值函数或相关函数等)来确定在接收透镜元件408处接收到光脉冲的时间。然后，TOF距离确定部件206可以将接收到光脉冲的时间与照明部件204发送发射光脉冲的时间进行比较。两个时间之间的差表示脉冲的飞行时间，根据该差可以导出与光接收器相对应的像素的TOF距离数据412。通过确定表示观察空间的像素阵列402中的每个像素的距离值，可以导出阵列的深度映射数据312。
基于对像素阵列402的分析以及对阵列的每个像素的深度信息的分析，TOF传感器装置可以将在观察空间中检测到的对象(例如人、车辆和产品等)以及对象的速度、加速度和/或轨迹进行分类。取决于正由TOF传感器装置202执行的特定的应用，当对象分类、速度、加速度和/或轨迹中的一个或更多个满足预定标准时，控制输出部件214可以被指示来生成合适的控制、安全或反馈输出。在一些实施方式中，控制输出部件214可以通过硬线连接或网络连接与控制装置(例如工业控制器、安全继电器和机动车辆的车载计算机等)对接，并且基于在视场中观察到的对象的身份、位置和行为来向控制装置发布控制指令。在示例情况下，基于对像素阵列402和相关联的深度映射数据312的分析，TOF传感器装置202可以识别到工厂员工已经进入视场，并且识别到员工的当前位置、速度、加速度和轨迹可能将员工置于受控工业机器附近的潜在危险区域内。作为响应，控制输出部件214被指示向工业控制器发布命令，以将机器置于安全模式中(例如，通过将机器置于空闲模式或减速操作模式中，或者通过指示安全继电器从机器的某些可移动部件中移除电力)。在另一示例情况下，控制输出部件214可以被配置成基于对象识别和行为来生成要呈现在显示装置上的反馈信息。反馈信息可以包括例如自定义的警告消息，其建议用户遵循替选路径或者迁移至监视区域内的安全区域。针对支持面部识别的TOF传感器装置202的实施方式，还可以基于在视场内检测到的员工的身份来进一步自定义由控制输出部件214生成的反馈消息。控制输出部件214可以与安装在监视区域内的显示装置对接，或者可以针对与所识别的员工相关联的个人装置。
TOF传感器装置202包括焦点调节部件208，其被配置成使接收透镜元件408自动聚焦于观察空间内的一个或更多个对象上。在一些实施方式中，焦点调节部件208可以被配置成：检测观察区域内满足一个或更多个标准(例如基于对像素阵列数据的分析)的对象；以及控制接收透镜元件408，以在对象停留在观察空间内时保持聚焦于对象上。
焦距确定部件210可以被配置成确定接收透镜元件408的当前焦距。可以例如从焦点调节部件208来检索该焦距数据。因为接收透镜元件408的当前焦距是透镜被聚焦于其上的对象的距离(到TOF传感器装置202的距离)的函数，所以TOF传感器装置202可以使用焦距数据414来交叉检查由TOF距离确定部件206测量的TOF距离数据412。相应地，为了确保将准确的TOF距离测量值用于生成深度映射数据312，距离调节部件212可以基于由焦距确定部件210提供的焦距数据414来将误差校正应用于TOF距离数据412(或者执行对于TOF距离确定部件206自身的重新校准)。
在一些实施方式中，距离调节部件212可以执行误差偏移校正算法，其生成TOF距离值的校正因子，其为TOF距离确定部件206所测量的TOF距离值与接收透镜元件的当前焦距之间的差Δd的函数。因为误差偏移的大小可以与对象的距离成正比，所以距离调节部件212可以进一步按比例调节作为焦距的函数的校正因子。因此，由距离调节部件212生成的校正因子可以遵照：
校正因子＝f(Δd) (1)
或
校正因子＝f(Δd,焦距) (2)
在一些实施方式中，在TOF传感器装置202接收到新的TOF距离数据412时，距离确定部件212可以使用焦距数据414来连续调节TOF距离数据。在其它实施方式中，距离调节部件212可以被配置成基于焦距数据414来执行对TOF距离确定部件206周期性或预定的重新校准，而不是执行对TOF距离数据412的连续调节。在这样的实施方式中，焦距确定部件210可以仅在选择的时间(例如每小时、每天和每周等)捕获焦距数据414。然后，距离调节部件212可以针对在那个时刻正被测量的对象的像素将该焦距数据414与TOF距离数据412进行比较，并且基于结果来重新校准TOF距离确定部件206。该重新校准可以包括例如：对由TOF距离确定部件206使用以导出TOF距离数据412的TOF距离确定算法的一部分(例如比例因子)进行调节，以使值与焦距数据414相符合。在一些实施方式中，可以响应于某些检测事件来执行校准，例如：响应于检测到新的对象进入观察空间；响应于在观察空间内检测到具有超过限定阈值的亮度或暗度的对象；响应于确定温度或其它环境条件已经移出限定的公差范围等。
虽然图4描绘了使用与TOF距离确定部件206相同的光学部件(即相同的接收透镜408、光接收器阵列410等)的焦点调节部件212和焦距确定部件210，但是TOF传感器装置202的一些实施方式也可以包括第二光学和传感器路径，其专用于出于距离确定或校正的目的来确定焦距信息(例如焦距数据414)。
因为TOF传感器装置202采用两个独立和不同的原理以用于确定与对象相对应的像素的距离信息，所以TOF传感器装置202的一些实施方式可以被设计成满足某些类型的工业安全应用的高安全完整性等级要求(例如SIL、ASIL、4型安全等)。例如，包括TOF距离测量通道和焦距确定通道二者产生具有多样性的双通道配置，这是许多额定安全的传感器装置的要求。这使得TOF传感器装置202适合于用在需要较高程度安全完整性的工业安全应用中。这样的安全应用可以包括例如：工业安全应用，其被设计成监视危险区域，并且响应于检测到潜在的不安全的人的存在或动作而可靠地执行自动控制动作，以规避伤害的风险；汽车安全应用，在汽车安全应用中，安装在车辆上的一个或更多个传感器基于检测到的风险状况来控制车辆的制动；或者其它这样的应用。
图5示出根据本主题申请的一个或更多个实施方式的方法。出于简单说明的目的，将本公开内容中呈现的方法示出并且描述为一系列动作，要理解并且意识的是，本主题创新不受限于动作的顺序，因为根据其一些动作可以与本文所示并且描述的其它动作以不同的次序发生以及/或者同时发生。例如，本领域技术人员将理解并且意识到：替选地可以将方法表示为例如状态图中的一系列相关的状态或事件。此外，可以不要求所有示出的动作均实现根据本创新的方法。此外，当不同的实体规定方法的不同的部分时，(一个或多个)交互图可以表示根据主题公开内容的方法论或方法。进一步，可以将所公开的示例方法中的两个或更多个方法以彼此组合的方式来实现，以完成本文所述的一个或更多个特点或优点。
图5示出用于基于接收透镜元件的焦距来校正TOF距离测量值的示例方法500。首先，在502处，在TOF传感器装置处接收与由装置监视的观察区域的图像相对应的图像数据。在504处，成像传感器装置基于在步骤502处接收的图像数据来生成像素阵列信息。在506处，对一个或更多个像素执行TOF分析，以便确定与一个或更多个像素相对应的对象或表面的距离信息。
在508处，确定TOF传感器装置的接收透镜元件的当前焦距。在步骤506处执行TOF距离分析之前，TOF传感器装置使用自动聚焦功能，使透镜聚焦在与一个或更多个像素相对应的对象或表面上。如此，当前焦距表明对象或表面到TOF传感器装置的距离。在510处，做出关于TOF距离是否与焦距匹配的确定。关于这一方面，如果TOF距离和焦距在彼此限定的公差范围内，则可以假定TOF距离与焦距相匹配。如果TOF距离与焦距相匹配，则该方法结束，并且不应用校正因子。可替代地，如果在步骤510处确定TOF距离与焦距不匹配，则该方法移至步骤512，其中，基于TOF距离与焦距之间的差，将校正因子应用于在步骤506处确定的TOF距离。
图6至图9示出用于在TOF传感器装置中确定绝对距离的另一方法。根据该方法，TOF传感器装置将相位测量作为用于确定对象或表面上的点到传感器的距离的基本原理，并且用脉冲飞行时间距离测量来补充该相位测量，以改进距离测量。
图6为根据这些实施方式的示例TOF传感器装置的框图。虽然图6将某些功能部件描绘为存在于TOF传感器装置602上，但是要理解的是，在一些实施方式中，图6所示的功能部件中的一个或更多个可以存在于相对于TOF传感器装置602的独立设备上。本公开内容中说明的系统、设备或过程的方面可以构成在(一个或多个)机器内实施的(例如在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中实施的)机器可执行部件。当由一个或更多个机器例如(一个或多个)计算机、(一个或多个)计算装置、(一个或多个)自动化装置和(一个或多个)虚拟机器等执行这样的部件时，可以使得(一个或多个)机器执行所述操作。
TOF传感器装置602可以包括照明部件604、相位测量部件606、脉冲TOF测量部件608、距离确定部件610、控制输出部件612、一个或更多个处理器614和存储器616。在各个实施方式中，照明部件604、相位测量部件606、脉冲TOF测量部件608、距离确定部件610、控制输出部件612、一个或更多个处理器614和存储器616中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或彼此通信地耦接，以执行TOF传感器装置602的功能中的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件604、部件606、部件608、部件610和部件612可以包括存储在存储器616上并且由(一个或多个)处理器614执行的软件指令。TOF传感器装置602还可以与图6中未描绘出的其它硬件和/或软件部件进行交互。例如，(一个或多个)处理器614可以与一个或更多个外部用户接口装置(例如键盘、鼠标、监视器、触摸屏、另一传感器、网络、安全装置或其它这样的接口设备)进行交互。
类似于图2的照明部件204，照明部件604可以被配置成对通过TOF传感器装置602进行的光的发射进行控制。在该示例中，照明部件604被配置成：发射标准光束，以用于使用相移测量原理来进行距离测量；以及发射光脉冲，以用于使用脉冲飞行时间原理来进行距离测量。相位测量部件606可以被配置成使用相移测量原理(即通过计算作为由照明部件604发射的光束与在该像素的传感器处接收的反射光束之间的相移的函数的距离)来确定与对象或表面相对应的像素的距离。脉冲TOF测量部件被配置成使用脉冲飞行时间原理来生成距离数据，即通过确定由照明部件604的光脉冲的发射与在TOF传感器装置602处接收的返回脉冲的检测之间的持续时间来生成距离数据。
距离确定部件610可以被配置成基于由相位测量部件606和脉冲TOF测量部件608提供的距离信息来计算各个像素的距离值。控制输出部件612可以执行与图2的控制输出部件214类似的功能，例如：当所监视的场景的距离信息或其它特征满足一个或更多个标准时，生成控制和/或反馈输出。一个或更多个处理器614可以执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能中的一个或更多个功能。存储器616可以为计算机可读存储介质，其存储用于执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。
图7为示出通过TOF传感器装置602的校正距离数据的一般原理的框图。如上所指出的，相移测量原理可以用于通过以下操作来确定对象上的点的距离：向对象投射光束；在传感器处接收来自对象的反射光；以及将发射光束的相位与在传感器处看到的反射光束的相位进行比较。该相位差表明了光束穿过的总距离(朝外至对象的距离加上从对象至传感器的返回距离)，根据该总距离可以导出传感器与对象之间的距离(例如通过取光束行进的总距离的一半)。
因为每360度相位偏移重复，所以在仅仅使用相移测量原理对较远距离处的对象的准确的距离测量可以是困难的。亦即，虽然当发射光与返回光之间的相位差小于360度时可以获得准确的距离测量值，但是超过360度的相移(对应于大于发射光的波长的一半的距离)与小于360度的偏移则难以区分。例如，如果传感器与对象之间的距离产生了270度的测量相位差，则仅使用相移测量原理来确定距离的传感器可能无法知道在所测量的270度相位差之前是否经过了另外的360度(对应于额外的总距离的全波长)。因为该限制起因于相移测量的周期性本质，所以仅仅使用相移测量的传感器可能仅针对小于发射光束的半波长(即小于至对象并且回到传感器的总往返距离的一个全波长)的距离是准确的。
为了校正该测量误差源，TOF传感器装置602可以用脉冲TOF距离测量来补充相移测量计算技术，以消除上述的相移不确定性，并且无论距离均获得准确的距离测量值。相应地，相位测量部件606可以基于所确定的发射光束与在传感器装置处接收的反射光束之间的相位差来生成一个或更多个像素的相位测量数据702。在相同的测量周期期间，脉冲TOF测量部件608可以通过测量照明部件的光脉冲的发射与在TOF传感器装置处的反射脉冲的接收之间的时间差来生成一个或更多个像素的脉冲TOF测量数据704。这两组数据被提供至距离确定部件610，其可以基于由脉冲TOF测量部件608生成的脉冲TOF测量数据704，对由相位测量数据702生成的距离值进行修改，以得到表示一个或更多个像素的校正后的距离值的调整后的距离数据706。
例如，距离确定部件610可以确定发射光束与接收光束之间的原始相位差是180度。如果发射光束具有15米的波长，则这会产生波长的四分之一或3.75米的原始距离值。然而，在仅基于相位测量数据的情况下不知道除了所测量的180度偏移以外，返回光束的相位是否已经移动了额外的360度(表示等于一个波长或15米的额外总往返距离)或者移动了360度的倍数，这是因为这样的额外的360度移动仅通过检查发射光束与返回光束之间的相位差将是不可检测的。因此，所测量的对象的实际距离可以为3.75米、11.25米(3.75+7.5)或18.75米(3.75+7.5+7.5)。
为了解决该不确定性，距离确定部件610可以检查脉冲TOF测量数据704，以确定哪一个可能的相位测量结果是正确的。例如，如果脉冲TOF测量数据704产生近似等于11.25米的结果(即超过相位测量的距离达到近似一个波长的结果)，则距离确定部件610假定应当将等于半个波长(7.5米)的额外的距离与由相位测量数据702产生的3.75米的值相加，以得到调整后的距离值。通常，如果确定脉冲飞行时间距离超过相位测量的距离达到近似等于光束的波长的长度或者该长度的倍数，则将波长或其倍数与相位测量距离相加，以获得校正距离。
图8为示出根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置602的部件的框图。如在之前的示例中，照明部件604经由发射透镜元件806向场景发射非脉冲光束。光束从场景内的对象和表面被反射，并且反射光在接收透镜元件808处被接收，进而被引导至光接收器阵列810，其中，光接收器阵列810生成场景的像素数据。相位测量部件606(其在一些实施方式中可以是光接收器阵列810的集成部件)针对每个像素来确定发射光束与反射光束之间的相位差，以得到相位测量数据702。
在同一测量周期内，照明部件604也向场景发射光脉冲。场景内的对象和表面将脉冲反射回传感器装置602，其在接收透镜元件808处接收反射脉冲。脉冲TOF测量部件608针对每个像素基于所测量的在光脉冲的发射与接收透镜元件808处的反射脉冲的接收之间的持续时间来生成脉冲TOF测量数据704。TOF测量数据包括基于这些持续时间的针对各个像素的飞行时间距离信息。
对于每个像素，距离确定部件610生成表示与该像素相对应的对象或表面到TOF传感器装置602的距离的距离值。该距离值是基于相位测量数据702和TOF测量数据704二者，例如，如参照图7以上所描述的，通过基于使用脉冲飞行时间测量方法确定的第二距离值来修改(如果有必要的话)使用相移测量方法确定的第一距离值。图像的所有像素的距离值产生图像的深度映射数据812。如在之前示例中所描述的，取决于由TOF传感器装置602正在执行的特定应用，控制输出部件612可以被指示基于在场景内检测到的(部分地由距离信息确定的)对象的分类、速度、加速度和/或轨迹来生成合适的控制、安全或反馈输出。
在上述的示例中，将照明部件604描述为在与针对相位测量所发射的光相同的测量周期中发射用于脉冲飞行时间测量的光脉冲，而将距离确定部件610描述为基于脉冲TOF测量距离来连续校正(如果有必要的话)相位测量距离。然而，在一些实施方式中，可以仅在选择的时间或者响应于检测到预定事件来执行对相位测量的校正。例如，TOF传感器装置602可以在正常环境期间(例如当无关注对象出现于场景中时)仅执行相位测量。当新的对象进入场景时，传感器装置可以发起脉冲TOF测量周期，以得到新对象的准确的距离测量值。相应地，照明部件604将光脉冲发射到观察场景中，并且使用作为结果的TOF测量数据来正确地校准由相移测量提供的距离值。以该方式，传感器装置确定是否应当将一个或更多个波长的距离与相位测量距离相加(如以上关于图7所描述的)。当针对对象正确地校准了相位测量距离时，则不必要对相位测量的距离进一步校正，这是因为传感器装置602可以将校正的距离用作起始点来追踪对象的距离。通过仅当在观察场景中初始地检测到新对象时应用脉冲飞行时间校正，相对于连续校正相位测量的距离值，可以减小TOF传感器装置的总体处理时间。
在一些实施方式中，TOF传感器装置602可以使用两个或更多个不同的波长来支持相位偏移测量。在这样的实施方式中，照明部件604可以被配置成传送两个或更多个不同波长的光束(例如，15米波长束和20米波长束，其中，20米波长信号相对于15米信号而产生较高的清晰的范围)。相位测量部件606可以针对具有不同波长的两个或更多个不同的信号来测量相位偏移，并且使这些结果相关联，以获得清晰的距离测量。在这些实施方式中，脉冲TOF测量数据可以用于解决距离测量中的任何剩余的模糊性。
类似于以上关于图2至图5所描述的TOF传感器装置202，TOF传感器装置602采用两个不同的距离测量通道(分别为相位测量和脉冲TOF)。同样地，TOF传感器装置202的一些实施方式通过提供具有多样性的双通道配置来满足一些限定的安全标准(例如SIL、ASIL、4型等)的安全完整性等级要求。因此，TOF传感器装置602的这样的实施方式适合于用在工业安全应用中。
图9示出使用脉冲飞行时间距离值来校正相位测量的距离值的示例方法900。最初，在902处，将光束发射到由TOF传感器装置正在监视的观察空间中。在904处，在TOF传感器装置处接收反射光束(例如经由装置的接收透镜元件)。在906处，对发射光束和反射光束执行相移分析，以确定与观察空间内的对象相对应的像素的第一距离值。可以例如通过以下操作来获得第一距离值：确定发射光束与反射光束之间的相位差，并且计算作为光束的已知波长和相移的函数的距离。
在908处，将光脉冲发射到观察空间中。在910处，在TOF传感器装置处接收反射光脉冲。在912处，对发射光脉冲和反射光脉冲执行脉冲TOF分析，以针对与对象相对应的像素来确定第二距离值。可以例如通过以下来获得第二距离：测量光脉冲的发射与在TOF传感器装置处的反射光脉冲的检测之间的持续时间。
在914处，做出关于第一距离值与第二距离值是否相匹配的确定。在这个方面，如果第一距离值和第二距离值在彼此的限定的公差范围内，则可以认为第一距离值与第二距离值相匹配。如果在914处确定第一距离值与第二距离值相匹配，则该方法结束，并且不应用校正因子。可替代地，如果第一距离和第二距离不匹配，则该方法移动至步骤916，其中，基于第二(脉冲TOF)距离值将校正因子应用于第一(相位测量的)距离值。例如，如果确定第二距离值超过第一距离值达到近似于光束的一个完整波长的长度，则可以通过与一个波长相等的距离相加来校正第一距离值。
图10至图13示出用于在根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置中确定绝对距离的另一方法。在该示例中，将从对象接收的反射光的强度的变化与对象到TOF传感器的距离的变化进行比较。因为已知反射光的强度与对象的距离具有平方反比关系(即强度随着距离的平方而变化)，所以TOF传感器装置可以通过比较这些变化来补偿距离测量误差。
图10为根据这些实施方式的示例TOF传感器装置的框图。虽然图10将某些功能部件描绘为存在于TOF传感器装置1002上，但是要理解的是，在一些实施方式中图10所示的功能部件中的一个或更多个可以存在于相对于TOF传感器装置1002的独立的装置上。在本公开内容中说明的系统、设备或过程的方面可以构成在(一个或多个)机器内实施的(例如，在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中实施的)机器可执行部件。当由一个或更多个机器例如(一个或多个)计算机、(一个或多个)计算装置、(一个或多个)自动化装置和(一个或多个)虚拟机器等执行这样的部件时，可以使得(一个或多个)机器执行所述操作。
TOF传感器装置1002可以包括照明部件1004、TOF距离测量部件1006、强度测量部件1008、距离确定部件1010、控制输出部件1012、一个或更多个处理器1014和存储器1016。在各个实施方式中，照明部件1004、TOF距离测量部件1006、强度测量部件1008、距离确定部件1010、控制输出部件1012、一个或更多个处理器1014和存储器1016中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或彼此通信地耦接，以执行TOF传感器装置1002的功能中的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件1004、部件1006、部件1008、部件1010和部件1012可以包括存储在存储器1016上并且由(一个或多个)处理器1014执行的软件指令。TOF传感器装置1002还可以与图10中未描绘出的其它硬件和/或软件部件进行交互。例如，(一个或多个)处理器1018可以与一个或更多个外部用户接口装置(例如键盘、鼠标、监视器、触摸屏、另一传感器、网络、安全装置或其它这样的接口装置)进行交互。
照明部件1004和控制输出部件1016可以被配置成执行与由图2的照明部件204和控制输出部件214执行的那些功能类似的功能。TOF距离测量部件1006可以被配置成：基于对从观察空间接收的反射光的分析(例如使用相移测量或脉冲TOF技术)来生成与观察空间内的对象相对应的像素的距离信息。强度测量部件1008可以被配置成：对从观察空间内的对象接收的反射光的强度进行监视。距离确定部件1010可以被配置成：基于由TOF距离测量部件1006生成的TOF距离信息以及所检测到的由强度测量部件测量的强度变化，来生成与对象相对应的一个或更多个像素的经调整的距离值。如在之前的示例中所描述的，控制输出部件1012可以被配置成基于由距离确定部件1010生成的结果来控制一个或更多个传感器输出。
一个或更多个处理器1014可以执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能中的一个或更多个功能。存储器1016可以为计算机可读存储介质，其存储用于执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。
图11为示出通过TOF传感器装置1002的校正距离数据的一般原理的框图。TOF距离测量部件1006基于对从对象接收的反射光的分析(例如使用相移测量或脉冲TOF测量技术)来确定与TOF传感器装置1002正在监视的观察空间内的对象相对应的各个像素的TOF距离测量1102。另外，强度测量部件1008监视由对象反射的光的强度，以针对图像的相应像素产生强度测量1104。将针对给定像素的TOF距离测量1102和强度测量1104提供至距离确定部件1010，其基于对TOF距离测量和强度测量的分析来针对像素计算调整后的距离1106。例如，距离确定部件1010可以通过监视强度测量1104来确定反射光随时间的强度变化。同时地或大体上同时地，距离确定部件1010还可以监视TOF距离测量1102随时间的改变，以确定对象的距离变化。已知的是，从对象反射的光的强度应当随着对象到TOF传感器装置1002的距离的平方反比而变化。相应地，距离确定部件1010可以将强度变化与距离变化进行比较，以确定反射光强度是否如预期的那样随着距离的平方而变化。如果距离确定部件1010发现来自于强度与距离之间的该平方反比关系的偏差，则距离确定部件1010可以基于所测量的偏差生成距离误差校正，并且将该误差校正应用于TOF距离测量1102，以得到像素的调整后的距离1106。
图12为示出根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置1002的操作的框图。如在之前的示例中所述，照明部件1004经由发射透镜元件1206向由TOF传感器装置1002正在监视的场景发射光束。从场景内的对象和表面反射的光在TOF传感器装置1002的接收透镜元件1208处被接收，并且接收透镜元件1208将反射光引导至光接收器阵列1210，其生成作为入射在阵列上的光的强度的函数的针对场景的相应像素的电输出。TOF距离测量部件1006(其可以是光接收器阵列1210的集成部件)基于对在接收透镜元件1208处接收的光和发射光束的分析来生成针对相应像素的TOF距离测量数据1102。TOF距离测量部件1006可以使用相移测量技术或脉冲TOF测量技术来确定TOF距离测量数据1102。针对与观察空间内的对象相对应的像素的TOF距离测量数据1102的子集表示对象到TOF传感器装置的距离。
TOF距离测量数据1102被提供至距离确定部件1010。距离变化测量部件1010监视TOF距离测量数据1104，并且确定距离随时间的变化。在一些实施方式中，距离变化测量部件1010可以以高的采样率对针对与观察空间内的关注对象相对应的一个或更多个像素的距离值进行采样，并且随着时间将所采样的距离值制成表，以得到对距离变化的表示。
在距离测量的同时，强度测量部件1008监视相应像素的光强度，并且向距离确定部件1010提供强度测量数据1104。通过随着时间监视强度测量数据1104，距离确定部件确定光强度随时间的变化。例如，以类似于上述距离变化测量技术的方式，距离确定部件1010可以对与关注对象相对应的像素的强度值进行周期性采样，并且随着时间将这些采样的强度值制成表，以得到强度变化。
距离确定部件1010基于强度变化数据和距离变化数据来确定关于针对给定像素测量的强度是否如所期望的那样随着所测量的距离的平方而变化(在限定的误差公差内)。如果强度随着距离的平方正确地变化，则假定针对该像素测量的TOF距离数据是正确的，并且不应用校正。可替代地，如果距离确定部件1010确定强度变化和距离变化没有恰当地遵照该平方反比关系，则假定TOF距离数据需要校正。相应地，距离确定部件1010生成误差校正，并且将该误差校正应用于TOF距离测量数据1102，以得到针对像素的校正后的距离值。距离值的集合产生场景的深度映射数据1212。
由距离变化确定部件1010生成的误差校正可以是距离变化与强度变化之间的偏差的性质的函数。例如，距离确定部件1010可以确定来自于强度与距离之间的平方反比关系的偏差是由于正被应用于TOF距离数据的不正确的比例因子。相应地，距离确定部件1010可以基于来自于平方关系的偏差的量来确定正确的比例因子，并且用新的比例因子替换先前的比例因子。
如在先前的示例中，上述误差校正序列可以由TOF传感器装置连续执行，或者可以在特别限定的时间来执行(例如，周期性地，响应于在场景内检测到新的对象，响应于检测到环境条件的改变以及响应于手动发起校准序列等)。
因为TOF传感器装置1002采用两个不同的距离测量原理(TOF距离测量和基于光强度变化的距离测量)，所以TOF传感器装置1002的一些实施方式满足一些安全完整性标准的不同的双通道要求，使得传感器适合用于工业安全应用。
图13示出用于基于所监视的从对象反射的光的强度来校正所测量的对象的距离值的示例方法1300。初始在1302处，将光束发射到由TOF传感器装置正在监视的观察空间中。在1304处，在TOF传感器装置处接收从观察空间内的对象和表面反射的光。在1306处，基于对发射光束和反射光束的分析(例如使用相位测量或者脉冲TOP原理)来确定与观察空间内的对象相对应的像素的距离值。
在1308处，对距离值随时间的变化进行监视。在1310处，监视针对像素测量的反射光的强度随时间的变化。在1312处，将在步骤1308处确定的距离变化与在步骤1310处确定的强度变化进行比较。在1314处，基于所述比较来确定关于距离变化和强度变化是否遵照所期望的平方反比关系。如果确定强度随着距离的平方反比而变化(在限定的误差公差内)，则该方法结束，并且不应用校正因子。可替代地，如果在1314处确定强度变化和距离变化没有遵照所期望的平方反比关系，则该方法移至步骤1316处，其中，生成校正因子并且将其应用于在步骤1306处生成的距离值。校正因子可以基于来自所期望的平方反比关系的偏差的特性，并且可以包括对应用于所测量的距离值的比例因子进行修改或者包括其它这样的校正。
图14至图17示出用于在TOF传感器装置中确定绝对距离的另一方法。该方法在同一传感器内将TOF距离测量原理与用于确定距离的第二原理(例如感应感测、三角测量等)进行组合。
图14为根据这些实施方式的示例TOF传感器装置的框图。虽然图14将某些功能部件描绘为存在于TOF传感器装置1402上，但是要理解的是，在一些实施方式中图14所示的功能部件中的一个或更多个可以存在于相对于TOF传感器装置1402的独立的设备上。本公开内容中说明的系统、设备或过程的方面可以构成在(一个或多个)机器内实施的(例如在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中实施的)机器可执行部件。当由一个或更多个机器例如(一个或多个)计算机、(一个或多个)计算装置、(一个或多个)自动化装置和(一个或多个)虚拟机器等执行这样的部件时，可以使得(一个或多个)机器执行所述操作。
TOF传感器装置1402可以包括照明部件1404、TOF距离测量部件1406、补充距离测量部件1408、距离确定部件1410、控制输出部件1412、一个或更多个处理器1414和存储器1416。在各个实施方式中，照明部件1404、TOF距离测量部件1406、补充距离测量部件1408、距离确定部件1410、控制输出部件1412、一个或更多个处理器1414和存储器1416中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或彼此通信地耦接，以执行TOF传感器装置1402的功能中的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件1404、部件1406、部件1408、部件1410和部件1412可以包括存储于存储器1416上并且由(一个或多个)处理器1414执行的软件指令。TOF传感器装置1402还可以与图14中未描绘出的其它硬件和/或软件部件进行交互。例如，(一个或多个)处理器1414可以与一个或更多个外部用户接口装置(例如键盘、鼠标、监视器、触摸屏、另一传感器、网络、安全装置或其它这样的接口装置)进行交互。
照明部件1404和控制输出部件1412可以被配置成：执行与由上述的照明部件和控制输出部件在先前的示例中执行的那些功能类似的功能。TOF距离测量部件1406可以被配置成：基于对从观察空间接收的反射光的分析(例如使用相移测量或脉冲TOF技术)来生成针对观察空间内的对象的距离信息。补充距离测量部件1408可以被配置成使用不同的距离测量原理来生成对象的补充距离值。距离确定部件1410可以被配置成：基于由TOF距离测量部件生成的TOF距离值和由补充距离测量部件1408生成的补充距离值来生成针对对象的像素的校正后的距离信息。
一个或更多个处理器1414可以执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能中的一个或更多个功能。存储器1416可以为计算机可读存储介质，其存储用于执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。
图15为示出通过TOF传感器装置1402校正距离数据的一般原理的框图。TOF距离测量部件1406针对与由TOF传感器装置1402正在监视的观察空间内的对象相对应的相应像素来生成TOF距离数据1502。如在先前的示例中所描述的，TOF距离测量部件采用相移测量原理或脉冲TOF测量原理来确定与对象相对应的一个或更多个像素的距离值。这些原理通过对发射光束(或者脉冲光束——如果使用脉冲TOF原理的话)和在传感器装置处接收的来自对象的反射光束进行分析来确定TOF距离数据1502。
为了对传感器装置进行校准或者为了确定要应用于TOF距离数据1502的误差校正因子，补充距离测量部件1408采用第二原理来确定对象到TOF传感器装置1402的距离。可以选择用于给定的TOF传感器装置1402的第二距离测量原理，以适合传感器装置要被用于其中的特定距离测量应用。例如，针对正在其中测量相对短的距离的应用(例如期望对象相对接近于传感器)，可以将感应传感器用作补充距离测量部件1408。感应传感器通过在传感器的感测表面附近建立振荡磁场来进行操作。当将导电对象沿磁场的轴定位在感测表面附近时，对象的存在改变了在磁场中的能量的重新分配，这转而改变了在传感器中的接收线圈上感应出的接收信号的幅度。取决于包括对象的材料的类型，对象在传感器附近的存在可以使得接收信号的电流或电压关于对象到传感器的距离而增加或减小。通过监视电流或电压的改变的大小，可以确定对象到传感器的距离。要理解的是，本公开内容并不限于根据该原理进行操作的这些感应传感器。例如，一些感应传感器可以通过对接收信号的频率而非幅度的改变进行分析来检测对象的存在。
在另一示例中，可以将三角测量用作第二距离测量原理。该原理可以更好地适合于针对较长距离的应用。根据该方法，传感器向观察空间发射光束，并且在传感器的检测表面上接收来自对象的反射光束。这创建了传感器的光发射器、对象和反射光束入射于其上的检测表面上的点之间的三角形。因为反射光束的角度是对象到传感器的距离的函数，所以传感器能够通过测量反射光束的角度来确定对象的距离。
要理解的是：TOF传感器装置1402的实施方式并不限于上述的感应传感器和角度测量传感器原理，并且可以选择其它距离测量原理以用于补充距离测量部件1408。通常，补充距离测量部件1408生成补充距离数据1504，其可以由距离确定部件1410使用来校正TOF距离数据1502中的偏移误差，以得到调整后距离数据1506。
图16为示出根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置1402的部件的框图。如在之前的示例中所描述的，照明部件1404经由发射透镜部件1606向由TOF传感器装置1402正在监视的场景发射光束。从场景内的对象和表面反射的光在接收透镜元件1608处被接收，其中，接收透镜元件1608将反射光引导至光接收器阵列1610。光接收器阵列生成作为入射在相应像素上的光的强度的函数的针对场景的相应像素的电输出。TOF距离测量部件1406使用相移测量或脉冲TOF测量，以基于对在接收透镜元件1608处接收的光和发射光束的分析来生成针对相应像素的TOF距离数据1602。
为了校正在TOF距离数据1602中存在的误差偏移或者为了对距离测量部件进行校准，TOF传感器装置1402还包括补充距离测量部件1408，其被配置成使用第二测量原理来测量对象距离信息。如以上所指出的，可以选择该第二测量原理，以适合正在其中使用传感器装置的特定应用的需要。例如，针对正在测量相对短的距离(例如在感应传感器的操作范围内的距离)的应用，可以选择感应传感器部件，而针于测量较长的距离的应用，可以选择角度测量传感器。也可以使用其它合适的距离测量传感器。补充距离测量部件1408使用第二测量原理生成针对对象的补充距离数据1604。TOF传感器装置1402使用补充距离数据1604对TOF距离数据1602执行误差校正。例如，可以将TOF距离数据1602和补充距离数据1604提供至距离确定部件1410，其可以将来自两个不同测量部件的距离测量值进行比较，并且基于测量出的两个值之间的差来生成校正因子。该校正因子可以是TOF距离值与补充距离值之间的差异程度的函数，以及可以是对象到传感器的距离的大小的函数，这是因为误差偏移可以部分地为正被测量的对象的距离的函数(参见以上等式(1)和等式(2))。
在另一示例中，补充距离测量部件1408可以基于补充距离数据1604与TOF距离数据的比较来对TOF距离测量部件1406或距离确定部件1410进行重新校准。该重新校准可以周期性地(例如每小时、每周等)被执行，或者响应于预定事件(例如，检测到新的对象进入视场，检测到环境状况的改变，以及检测到具有在限定的范围以上或以下的反射率的新对象等)而被执行。在这样的实施方式中，补充距离测量部件1408在将观察空间内的所选对象用作参考(使用TOF距离测量部件1406将距离值与其进行比较)的情况下，仅在这些校准序列期间使用第二测量原理来执行补充距离测量。
因为TOF传感器装置1402采用两个不同的距离测量原理，所以TOF传感器装置1402的一些实施方式满足一些安全完整性标准的不同的双通道要求，从而使得传感器适合用于工业安全应用中。
图17示出用于使用采用了除TOF距离测量以外的第二距离测量原理的TOF传感器装置来确定对象(或对象上的点)的距离的示例方法1700。最初，在1702处，将光束发射到由TOF传感器装置正在监视的观察空间中。在1704处，在TOF传感器装置处接收来自对象的反射光。在1706处，使用相移测量或脉冲TOF测量基于对发射光束和反射光束的分析来确定针对与观察空间中的对象相对应的像素的第一距离值。
在1708处，针对对象的像素使用第二距离测量原理来确定第二距离值。第二距离测量原理可以包括例如感应感测或光束角度测量。在1710处，将在步骤1706处确定的第一距离值与在步骤1708处确定的第二距离值进行比较。在1712处，做出关于两个距离值是否相匹配(在公差的限定范围内)的确定。如果在步骤1712处确定距离值相匹配，则该方法结束，并且不应用校正因子。可替代地，如果在步骤1712处确定距离值不匹配，则该方法移至步骤1714处，其中，基于第一距离值与第二距离值之间的差将校正因子应用于第一距离值。另外，校正因子可以是由第一距离值和第二距离值中的一者或两者指示的距离的函数。
图18至图20示出用于在根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置中确定绝对距离的另一方法。根据该方法，TOF传感器装置包括已知长度(例如1米、10米等)的内部波导。为了测试距离测量部件的精度，传感器在校准序列期间将由照明部件(例如LED、激光灯等)生成的光从发射透镜元件重新引导至波导。经重新引导的光穿过波导返回到传感器的光接收器阵列，其使用相移测量或脉冲TOF测量(取决于传感器所使用的测量原理)来计算行进的距离。因为已知波导的长度，所以系统可以将测量的距离与期望的距离进行比较，以确定的测量距离是否准确。如果测量的距离与期望的距离相偏离，则传感器基于所测量的误差偏移的程度来对其测量部件重新进行校准。
图18为根据这些实施方式的示例TOF传感器装置的框图。虽然图18将某些功能部件描绘为存在于TOF传感器装置1802上，但是要理解的是，在一些实施方式中图18所示的功能部件中的一个或更多个可以存在于相对于TOF传感器装置1802的独立的设备上。本公开内容中说明的系统、设备或过程的方面可以构成在(一个或多个)机器内实施的(例如在与一个或更多个机器相关联的一个或更多个计算机可读介质(或媒介)中实施的)机器可执行部件。当由一个或更多个机器例如(一个或多个)计算机、(一个或多个)计算装置、(一个或多个)自动化装置和(一个或多个)虚拟机器等执行这样的部件时，可以使得(一个或多个)机器执行所述操作。
TOF传感器装置1802可以包括照明部件1804、TOF距离测量部件1806、光路切换部件1808、校准部件1810、控制输出部件1812、一个或更多个处理器1814和存储器1816。在各个实施方式中，照明部件1804、TOF距离测量部件1806、光路切换部件1808、校准部件1810、控制输出部件1812、一个或更多个处理器1814和存储器1816中的一个或更多个可以彼此电耦接和/或彼此通信地耦接，以执行TOF传感器装置1802的功能中的一个或更多个功能。在一些实施方式中，部件1804、部件1806、部件1808、部件1810和部件1812可以包括存储于存储器1816上并且由(一个或多个)处理器1818执行的软件指令。TOF传感器装置1802还可以与图18中未描绘出的其它硬件和/或软件部件进行交互。例如，(一个或多个)处理器1814可以与一个或更多个外部用户接口装置(例如键盘、鼠标、监视器、触摸屏、另一传感器、网络、安全装置或其它这样的接口装置)进行交互。
照明部件1804、TOF距离测量部件1806和控制输出部件1812可以被配置成：执行与由上述的照明部件、TOF距离测量部件和控制输出部件在先前的示例中执行的那些功能相类似的功能。光路切换部件1808可以被配置成：将由照明部件1804生成的光的光路从发射透镜元件(在正常操作期间)选择性地引导至传感器内部的波导(在校准操作期间)。校准部件1810可以被配置成：确定TOF距离测量部件1806是否生成通过内部波导传送的光的准确的距离值，并且如果测量的距离不准确，则重新校准TOF距离测量部件1806。
一个或更多个处理器1814可以执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能中的一个或更多个功能。存储器1816可以为计算机可读存储介质，其存储用于执行本文中参考所公开的系统和/或方法描述的功能的计算机可执行指令和/或信息。
图19为示出根据一个或更多个实施方式的TOF传感器装置1802的部件的框图。特别地，图19示出在确定正被监视的场景内的对象的距离的正常操作期间的TOF传感器装置1802。如在先前的示例中，照明部件1804经由发射透镜元件1906将光束(或脉冲光束——如果传感器采用脉冲TOF原理的话)发射到场景中。照明部件1804可以使用任意合适光源来生成光，其中，合适光源包括但不限于LED、激光器或远程荧光体。来自场景内的表面或对象的反射光在接收透镜元件1908处被接收，其中，接收透镜元件1908将所接收的光引导至光接收器阵列1910。TOF距离测量部件1806在使用相移测量或脉冲TOF测量的情况下，基于对发射光和反射光的分析来生成作为结果的图像数据的相应像素的距离信息。所有像素的集合的距离信息产生场景的深度映射数据1902。取决于正在使用传感器的应用的类型，控制输出部件1812可以基于由TOF距离测量部件1806生成的距离信息来生成合适的控制输出或反馈输出。
在该示例中，由照明部件1804生成的光的方向通过光路切换部件1808进行控制。特别地，取决于光路切换部件1808的状态，由照明部件1804生成的光将被引导至发射透镜元件1906(其用于向观察空间进行发射)或者内部波导1904，其中，内部波导1904经由已知距离(例如1米、10米等)的内部光路将光引导回光接收器阵列。
当发起校准序列时，如图20所示，光路切换部件1808将光路从发射透镜元件1906切换至波导1904。波导1904将光引导至光接收器阵列1910，使得光穿过光源与光接收器之间的等于波导的长度的已知距离。在该校准序列期间，TOF距离测量部件1806基于从波导接收的光使用与来自观察空间的反射光相同的计算算法(好像光已经经由接收透镜元件1908被接收)来计算针对至少一个像素的距离值。作为结果的距离数据2002被提供至校准部件1810，其将距离数据2002与期望的距离值(即波导的长度)进行比较。如果距离数据2002与期望的距离偏离超过限定的公差窗口，则校准部件1810生成用于重新校准TOF距离测量部件1806的校准数据2004。重新校准可以包括例如：基于偏离的大小来修改TOF距离测量部件1806所使用的比例因子。
可以手动地发起上述校准序列，或者可以响应于检测到的条件自动地发起上述校准序列。例如，TOF传感器装置1802可以被配置成：响应于确定环境条件(例如周围温度)已经漂移到指定的用于准确测量的公差窗口之外而发起校准序列。在另一示例中，TOF传感器装置1802可以被配置成：每当在观察空间内检测到新的关注对象时发起校准序列，以确保将获得对象的准确的距离测量。在又一示例中，当具有大于或小于限定的反射率范围的反射率的对象在观察空间内被检测到时，传感器可以发起校准序列。
在一些实施方式中，可以在不使用内部波导的情况下，通过使用来自传感器本身的壳体上的参考面的寄生反射来应用类似的校准原理。图21为利用寄生反射来校准距离测量值的TOF传感器装置2102的框图。在该示例中，传感器装置2102包括由传感器壳体2120支承的窗口2118。光源2108(例如LED源、激光源等)通过窗口向场景发射光束，并且来自场景内的对象和表面的反射光被返回至传感器。反射光穿过窗口2118，并且接收透镜元件2104将所接收到的光引导至光接收器阵列2106。如在先前示例中所描述的，TOF距离测量部件2114生成针对场景的相应像素的距离值。控制输出2116被配置成部分地基于该距离信息来生成控制和/或反馈输出。
图22为示出对TOF传感器装置2102的校准的框图。当发起校准序列时，光路切换部件2110使得光源2108将其光束重新引导至壳体2120的距离光接收器阵列2106为已知距离的表面。将光引导至该壳体表面使得寄生反射后退至接收透镜元件2104，其将反射光引导至光接收器阵列2106。因为已知从光源2108至壳体2120的表面以及从表面至光接收器阵列的光路的距离，所以校准部件2112可以将由TOF距离测量部件2114针对该反射光测量的距离与期望的距离(已知的光路距离)进行比较，以确定是否需要校准。在这一点上，校准部件2112执行与由图20的校准部件1810执行的精度验证和重新校准功能相类似的精度验证和重新校准功能。然而，在该示例中，已知的校准距离通过光源2108、壳体表面和光接收器阵列2106而非内部波导之间的光路进行限定。
图23示出用于使用内部波导对TOF传感器装置的距离测量部件进行校准的示例性方法2300。最初，在2302处，将来自传感器装置的光源的光重新引导至具有已知长度的内部波导的入口。在2304处，从在TOF传感器装置的光接收器阵列处的波导的出口接收经重新引导的光。在2306处，针对光接收器阵列的至少一个像素、基于对接收的光相对于通过光源的光的发射的分析(例如使用相移测量或脉冲TOF测量原理)来测量距离值。
在2308处，将在步骤2306处使用传感器的距离测量部件测量的距离与波导的已知距离(长度)进行比较。在2310处，做出关于所测量的距离在限定的公差范围内与已知距离是否相匹配的确定。如果测量的距离与已知距离相匹配，则该方法结束，并且不执行重新校准。可替代地，如果在步骤2310处确定测量的距离与已知距离不匹配，则该方法移至步骤2312，其中，TOF传感器装置中的一个或更多个距离测量部件基于测量的距离值与已知距离之间的差被重新校准。
图24示出用于使用寄生反射对TOF传感器装置的距离测量部件进行校准的示例方法2400。最初，在2402处，将来自传感器装置的光源的光重新引导至传感器装置的壳体的表面。在2404处，在TOF传感器装置的光接收器阵列处接收来自壳体表面的反射光。在2406处，针对光接收器阵列的至少一个像素、基于对接收的光相对于通过光源的光的发射的分析(例如使用相移测量或脉冲TOF测量原理)来测量距离值。
在2408处，将在步骤2406处使用传感器的距离测量部件测量的距离与包括光源、壳体表面和光接收器阵列之间的路径的已知距离进行比较。在2410处，做出关于所测量的距离在限定的公差范围内与已知距离是否相匹配的确定。如果测量的距离与已知距离相匹配，则该方法结束，并且不执行重新校准。可替代地，如果在步骤2410处确定测量的距离与已知距离不匹配，则该方法移至步骤2412，其中，TOF传感器装置中的一个或更多个距离测量部件基于测量的距离值与已知距离之间的差被重新校准。
要理解的是，可以将上述的各个距离测量原理(虽然被分别描述为被相应地实施在传感器装置202、602、1002、1402、1802和2102中)以任意组合的方式实现在单个传感器装置中。即除了上述TOF传感器装置以外，包括传感器装置202、602、1002、1402、1802和2102中的两个或更多个的组合的功能的任意TOF传感器装置均在本公开内容的一个或更多个实施方式的范围内。
本文所述的实施方式、系统和部件以及可以执行本主题说明书中陈述的各个方面的工业控制系统和工业自动化环境可以包括计算机或网络部件，例如：能够通过网络进行交互的服务器、客户端、可编程逻辑控制器(PLC)、自动化控制器、通信模块、移动计算机、无线部件和控制部件等。计算机和服务器包括被配置成执行存储于介质(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器以及可移动存储设备，其中，可移动存储设备可以包括存储条、存储卡、闪存驱动器和外部硬盘驱动器等)上的指令的一个或更多个处理器(其为采用电信号来执行逻辑操作的电子集成电路)。
类似地，本文所使用的术语PLC或自动化控制器可以包括可以跨多个部件、系统和/或网络进行共享的功能。作为示例，一个或更多个PLC或自动化控制器可以通过网络与各个网络装置进行通信和协作。这可以包括经由网络进行通信的基本上任意类型的控制、通信模块、计算机、输入/输出(I/O)设备、传感器、执行器和人机接口(HMI)，其中，所述网络包括控制、自动化和/或公共网络。PLC或自动化控制器还可以与各种其它装置进行通信，或者控制各种其它设备，其中，各种其它装置例如标准或额定安全的I/O模块(其包括模拟、数字、程序化/智能I/O模块)、其它可编程控制器、通信模块、传感器、执行器和输出装置等。
网络可以包括例如因特网、内联网和自动化网络的公共网络，其中，自动化网络例如包括DeviceNet、ControlNet、Ethernet/IP和安全网络(例如CIP安全)等的控制和信息协议(CIP)网络。其它网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、现场总线、Modbus、过程现场总线、CAN、无线网络和串行协议等。另外，网络装置可以包括各种可能性(硬件和/或软件部件)。这些包括如下部件：具有虚拟局域网(VLAN)性能的交换器、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网络(VPN)装置、服务器、客户端、计算机、配置工具、监视工具和/或其它装置。
为了提供所公开主题的各个方面的背景，图25和图26以及下述讨论旨在提供对可以实现所公开主题的各个方面的合适环境的简洁、总体的描述。
参照图25，用于实现上述主题的各个方面的示例环境2510包括计算机2512。计算机2512包括处理单元2514、系统存储器2516和系统总线2518。系统总线2518将系统部件耦接至处理单元2514，其中，系统部件包括但不限于系统存储器2516。处理单元2514可以是任意各种可用处理器。也可以将多核微处理器和其它多处理器架构用作处理单元2514。
系统总线2518可以是任意若干类型的(一个或多个)总线结构，包括：存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线和/或使用各种可用的总线架构的局部总线，其中，各种可用的总线架构包括但不限于：8位总线、工业标准架构(ISA)、微通道架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子设备(IDE)、VESA局部总线(VLB)、外围部件互连(PCI)、通用串行总线(USB)、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)以及小型计算机系统接口(SCSI)。
系统存储器2516包括易失性存储器2520和非易失性存储器2522。包含例如在启动期间在计算机2512中的要素之间传递信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)被存储在非易失性存储器2522上。通过说明的方式而非限制的，非易失性存储器2522可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)或闪速存储器。易失性存储器2520包括充当外部高速缓冲存储器的随机存取存储器(RAM)。通过说明的方式而非限制的，许多形式的RAM是可用的，例如：同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)和直接Rambus RAM(DRRAM)。
计算机2512还包括可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储介质。图25示出例如磁盘存储器2524。磁盘存储器2524包括但不限于如下设备：磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、压缩驱动器、LS-100驱动器、闪速存储卡或存储条。另外，磁盘存储器2524可以单独地或与其它存储介质相结合地包括存储介质，其中，其它存储介质包括但不限于：光盘驱动器，例如ROM光盘设备(CD-ROM)、CD可记录驱动器(CD-R驱动器)、CD可重写驱动器(CD-RW驱动器)或数字多功能磁盘驱动器ROM(DVD-ROM)。为了利于将磁盘存储器2524连接至系统总线2518，通常使用可移动或不可移动接口，例如接口2526。
要理解的是，图25描述了在合适的操作环境2510中充当用户与所述基本计算机资源之间的媒介的软件。这样的软件包括操作系统2528。操作系统2528(其可以存储在磁盘存储器2524上)起到控制和分配计算机2512的资源的作用。系统应用2530利用由操作系统2528通过存储在系统存储器2516中或存储在磁盘存储器2524上的程序数据2534和程序模块2532进行的资源管理。要理解的是，可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现主题公开内容的一个或更多个实施方式。
用户通过(一个或多个)输入设备2536将命令或信息输入到计算机2512中。输入设备2536包括但不限于定位装置，例如：鼠标、轨迹球、手写笔、触摸板、键盘、麦克风、操纵杆、游戏手柄、碟形卫星天线、扫描仪、电视调谐卡、数字相机、数字视频相机和网络相机等。这些以及其它输入装置经由(一个或多个)接口端口2538通过系统总线2518连接至处理单元2514。(一个或多个)接口端口2538包括例如：串行端口、并行端口、游戏端口和通用串行总线(USB)。(一个或多个)输出设备2540将同一类型端口中的一些端口用作(一个或多个)输入装置2536。因而，例如，USB端口可以用于向计算机2512提供输入，并且将信息从计算机2512输出至输出装置2540。提供了输出适配器2542来说明：在其它输出设备2540中存在一些需要专用适配器的输出设备2540，如监视器、扬声器和打印机。通过说明的方式而非限制的，输出适配器2542包括提供输出装置2540与系统总线2518之间的连接手段的视频卡和声卡。应当注意的是，其它装置和/或装置的系统例如(一个或多个)远程计算机2544提供输入和输出能力这二者。
计算机2512可以使用至一个或更多个远程计算机例如(一个或多个)远程计算机2544的逻辑连接在联网环境中进行操作。(一个或多个)远程计算机2544可以是个人计算机、服务器、路由器、网络PC、工作站、基于微处理器的设备、对等装置或其它公共网络节点等，并且通常包括关于计算机2512的所描述的要素中的许多要素或全部要素。出于简洁的目的，关于(一个或多个)远程计算机2544仅示出了内存存储装置2546。(一个或多个)远程计算机2544通过网络接口2548逻辑地连接至计算机2512，并且然后经由通信连接2550物理地进行连接。网络接口2548包括例如局域网(LAN)和广域网(WAN)的通信网络。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜线分布式数据接口(CDDI)、以太网/IEEE 802.3和令牌环/IEEE 802.5等。WAN技术包括但不限于：点到点链路、电路切换网络如综合业务数字网(ISDN)及其上的变型、包交换网络和数字用户线(DSL)。
(一个或多个)通信连接2550指代被用于将网络接口2548连接至系统总线2518的硬件/软件。虽然为了说明起见，将通信连接2550示为在计算机2512内部，但是其也可以在计算机2512外部。仅出于示例性的目的，用于与网络接口2548的连接所必需的硬件/软件包括内部和外部技术，例如调制解调器，其包括：普通电话级调制解调器、线缆调制解调器和DSL调制解调器、ISDN适配器以及以太网卡。
图26为本公开主题可以与其交互的样本计算环境2600的示意性框图。样本计算环境2600包括一个或更多个客户端2602。(一个或多个)客户端2602可以是硬件和/或软件(例如线程、进程和计算装置)。样本计算环境2600还包括一个或更多个服务器2604。(一个或多个)服务器2604还可以是硬件和/或软件(例如线程、进程和计算装置)。服务器2604可以例如通过采用本文所述的一个或更多个实施方式来容纳线程，以执行变换。在客户端2602与服务器2604之间的一个可能的通信可以采用适合于在两个或更多个计算机进程之间传送的数据包的形式。样本计算环境2600包括可以被用于利于在(一个或多个)客户端2602与(一个或多个)服务器2604之间进行通信的通信框架(2606)。(一个或多个)客户端2602可操作地连接至一个或更多个客户端数据存储器2608，其可以被用于存储对于(一个或多个)客户端2602而言为本地的信息。类似地，(一个或多个)服务器2604可操作地连接至一个或更多个服务器数据存储器2610，其可以被用于存储对于(一个或多个)客户端2604而言为本地的信息。
上面已经描述的内容包括本主题创新的示例。出于描述本公开主题的目的，当然不可能对部件或方法的每个设想的组合均进行描述，但是本领域的普通技术人员可以认识到本主题创新的许多进一步的组合和置换是可能的。相应地，本公开主题意在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变型。
尤其是关于由上述部件、装置、电路和系统等执行的各种功能，除非另外指出，否则用于描述这样的部件的术语(包括参考“手段”)意在对应于执行所述部件的指定功能(例如在功能上等同)的任意部件，即使在结构上并不等同于所公开的结构，其执行在本文示出的公开主题的示例性方面中的功能。在这一点上，也将认识到的是，所公开的主题包括系统以及计算机可读介质，其具有用于执行所公开的主题的各个方法的动作和/或事件的计算机可执行指令。
另外，虽然可能已经关于若干实现方式中的仅一个实现方式公开了所公开主题的特定特征，但是当对于任意给定或特定应用可能是期望的和有利的时，可以将这样的特征与其它实施中的一个或更多个其它特征进行组合。此外，就术语“包括”和“包含”及其变体被用于详细描述或权利要求的程度而言，这些术语以类似于术语“包括”的方式意在为包括性的。
在本申请中，词语“示例性”用于意指充当“示例”、“实例”或“例示”。本文描述为“示例性”的任意方面或设计不必被解释为相对于其它方面或设计是优选的或有益的。确切地说，词语示例性的使用意在以具体的方式来呈现概念。
可以使用标准编程和/或工程技术将本文所述特征的各个方面实现为方法、设备或制品。本文使用的术语“制品”意在包括从任意计算机可读装置、载体或介质可访问的计算机程序。例如，计算机可读介质可以包括但不限于：磁存储设备(例如硬盘、软盘、磁条……)、光盘(例如压缩磁盘(CD)、数字通用盘(DVD))、智能卡以及闪速存储装置(例如卡、棒、键驱动……)。

Claims (13)

1.一种飞行时间(TOF)传感器装置，包括：
存储器，其存储计算机可执行部件；以及
处理器，其可操作地耦接至所述存储器，所述处理器执行所述计算机可执行部件，所述计算机可执行部件包括：
照明部件，其被配置成朝向观察空间发射光束；
第一距离确定部件，其被配置成基于对入射在光接收器阵列上的反射光的飞行时间分析来生成针对与所述观察空间中的对象相对应的像素的第一距离信息；
第二距离确定部件，其被配置成生成针对与所述对象相对应的像素的第二距离信息；以及
距离调节部件，其被配置成基于所述第二距离信息将校正因子应用于所述第一距离信息，
其中，所述第一距离确定部件被配置成：基于所述照明部件发射的光束与所述光接收器阵列处接收的反射光之间的相位差的测量结果来生成所述第一距离信息，
所述第二距离确定部件被配置成：基于通过所述照明部件进行的光脉冲的发射与所述光接收器阵列处的反射光脉冲的接收之间的测量持续时间来生成所述第二距离信息，并且
所述距离调节部件被配置成：响应于确定所述第二距离信息超过所述第一距离信息达到所述光束的波长的倍数而将等于所述波长的倍数的距离添加到所述第一距离信息。
2.根据权利要求1所述的TOF传感器装置，进一步包括接收透镜元件，其被配置成接收所述反射光并且将所述反射光引导至所述光接收器阵列，
其中，当所述接收透镜元件被聚焦于所述对象上时，所述第二距离确定部件基于所述接收透镜元件的焦距来生成所述第二距离信息。
3.根据权利要求1所述的TOF传感器装置，其中，所述第二距离确定部件包括强度变化测量部件，其被配置成记录来自所述对象的反射光的强度随时间的变化，以得到强度变化信息。
4.根据权利要求3所述的TOF传感器装置，进一步包括距离变化测量部件，其被配置成记录针对与所述对象相对应的像素的所述第一距离信息随时间的变化，以得到距离变化信息，
其中，所述距离调节部件被配置成：响应于确定所述强度变化信息和所述距离变化信息不符合平方反比关系而应用所述校正因子。
5.根据权利要求1所述的TOF传感器装置，其中，所述第二距离确定部件包括感应传感器或三角测量传感器中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的TOF传感器装置，进一步包括：
光路切换部件，其被配置成响应于校准序列的发起而将来自所述照明部件的光重新引导至所述TOF传感器装置内部的波导的入口，其中，所述波导被配置成跨越指定距离将所述光引导至所述光接收器阵列；以及
校准部件，其被配置成基于所述指定距离与针对从所述光接收器阵列处的所述波导接收的光计算的距离值之间的差来校准所述第一距离确定部件。
7.根据权利要求1所述的TOF传感器装置，进一步包括：
光路切换部件，其被配置成响应于校准序列的发起而将来自所述照明部件的光重新引导至所述TOF传感器装置的壳体的一部分，其中，将所述光重新引导至所述壳体的一部分使得所述光被反射至所述光接收器阵列；以及
校准部件，其被配置成基于距离值与校准距离之间的差来校准所述第一距离确定部件，其中，针对从所述壳体的一部分反射至所述光接收器阵列的光来计算所述距离值，所述校准距离包括从所述照明部件经由所述壳体的部分至所述光接收器阵列的光路的长度。
8.一种用于生成距离信息的方法，包括：
通过包括至少一个处理器的飞行时间(TOF)传感器将光束发射到观察区域中；
通过所述TOF传感器使用第一距离测量技术来生成针对与所述观察区域中的对象相对应的像素的第一距离值，其中，所述第一距离测量技术包括对所述TOF传感器的光接收器阵列处接收的反射光执行飞行时间分析；
通过所述TOF传感器使用不同于所述第一距离测量技术的第二距离测量技术来生成针对与所述对象相对应的像素的第二距离值；以及
基于所述第二距离值将校正因子应用于所述第一距离值，
其中，生成所述第一距离值包括：基于所述TOF传感器发射的光束与所述光接收器阵列处接收的反射光之间的测量相移来生成所述第一距离值，
生成所述第二距离值包括：基于通过所述TOF传感器进行的光脉冲的发射与来自所述光接收器阵列处的对象的反射光脉冲的接收之间的测量持续时间来生成所述第二距离值，并且
应用所述校正因子包括：确定所述第二距离值超过所述第一距离值达到所述光束的波长的倍数；以及响应于所述确定将等于所述波长的倍数的距离添加到所述第一距离值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，生成所述第二距离值包括：当所述TOF传感器的接收透镜元件被聚焦在所述对象上时，基于所述接收透镜元件的焦距来生成所述第二距离值。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
监视所述光接收器阵列处接收的反射光的强度随时间的变化，以得到强度变化；
随着时间监视所述第一距离值，以得到距离变化；以及
基于确定所述强度变化和所述距离变化偏离于平方反比关系来生成所述校正因子。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，生成所述第二距离值包括：基于所述光接收器阵列处接收的反射光束的角度的测量结果或者感应测量结果中的至少一个来生成所述第二距离值。
12.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
响应于校准序列的发起而将所述光束重新引导至所述TOF传感器内的波导的入口；
基于从所述波导在所述光接收器阵列处接收的光，使用所述第一距离测量技术来测量第三距离值；以及
基于所述第三距离值与所述波导的指定长度之间的差来对用于生成所述第一距离值的测量部件进行校准。
13.一种非暂态计算机可读介质，其具有存储于其上的指令，响应于执行所述指令而使得包括处理器的飞行时间(TOF)传感器装置执行操作，所述操作包括：
将光束发送到由所述TOF传感器装置正在监视的区域中；
使用第一距离测量技术来确定针对与所述区域中的对象相对应的像素的第一距离值，其中，所述第一距离测量技术包括对所述TOF传感器装置的光接收器阵列处接收的反射光执行飞行时间分析；
使用与所述第一距离测量技术不同的第二距离测量技术来确定针对与所述对象相对应的所述像素的第二距离值；以及
基于所述第二距离值来修改所述第一距离值，
其中，确定所述第一距离值包括：基于所述TOF传感器装置发送的光束与所述光接收器阵列处接收的反射光之间的测量相移来确定所述第一距离值，
确定所述第二距离值包括：基于通过所述TOF传感器装置进行的光脉冲的发送与来自所述光接收器阵列处的所述对象的反射光脉冲的接收之间的测量消逝时间来确定所述第二距离值，并且
修改所述第一距离值包括：确定所述第二距离值超过所述第一距离值达到所述光束的波长的倍数；以及响应于所述确定将等于所述波长的倍数的距离添加到所述第一距离值。
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