CN112771409A - 运算处理设备、测距设备和运算处理方法 - Google Patents

运算处理设备、测距设备和运算处理方法 Download PDF

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Abstract

本技术的目的是通过执行适当的降噪来获取指示最大似然值的范围发现数据。为了该目的，根据本技术的运算处理设备设置有操作处理单元，该操作处理单元执行以下处理：通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光来计算到测量对象的第一距离；通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光来计算到测量对象的第二距离；使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；并且使用第二距离，将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。

Description

运算处理设备、测距设备和运算处理方法
技术领域
本技术涉及通过发射照射光的光并且接收作为由测量对象反射的照射光的反射光来测量到测量对象的距离的运算处理设备、测距设备以及运算处理方法的技术领域。
背景技术
用于测量距离的方法中的一种被称为飞行时间(ToF)。在ToF中，通过用强度周期性地改变以使得强度改变形成正弦波的照射光照射测量对象并且接收反射光来测量到测量对象的距离。具体地，通过测量照射光与在与照射光同步的同时接收的反射光之间的相位差来测量到测量对象的距离。
接收反射光的光接收传感器包括布置成二维阵列的像素。每个像素具有光接收元件并且可以接收光。此外，每个像素可以通过在与照射光的发光同步的同时接收光来获取接收的正弦波的相位和振幅。注意，相位基准是照射光的正弦波。
由每个像素获取的相位对应于直到从发光部发射的照射光由测量对象反射并且输入到光接收传感器的时间。因此，通过将相位除以2πf(π：圆周率，f：用于强度调制的正弦波的频率)，将相除结果乘以光速(c：约300,000km/s)，并且将相乘结果除以2(为了将往复距离转换成单向距离)，来计算距离到像素中成像的对象的距离。
由上述方法获取的距离测量数据被认为包括噪声。因此，通过执行降噪，可以校正数据以校正距离测量数据。例如，专利文献1公开了使用平均处理和中值滤波处理作为降噪的实例的技术。
引用列表
专利文献
专利文献1：WO2017/022152
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，在使用平均化处理或中值滤波处理的降噪中，在附近像素中的各条距离数据相同的情况下可以获得降噪的效果，但是在其他情况下不能获得降噪的效果。
因此，本技术的目的是通过执行适当的降噪来获取具有最大似然值的距离测量数据。
解决问题的方案
根据本技术的运算处理设备包括运算处理部，运算处理部执行以下处理：通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光来计算到测量对象的第一距离；通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光来计算到测量对象的第二距离；使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；并且使用第二距离，将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
在由具有不同频率的两个调制信号调制的两种类型的光测量的距离中，一个被设为是具有优异的距离分辨率的信息，另一个被设为是具有优异的距离测量范围的信息。
在上述根据本技术的运算处理设备中，所述第一校正数据是用于校正由于所述第一照射光的强度变化相对于所述第一频率的正弦波具有误差所引起的测量距离的误差的数据。
第一距离被设为包括由于第一照射光的强度变化不形成精确的正弦波的事实引起的误差。
在上述根据本技术的运算处理设备中，第一频率可以是比第二频率更高的频率。
强度由第一调制信号调制的光(第一照射光)和强度由第二调制信号调制的光(第二照射光)中，使用其中能够校正相对于精确的正弦波的误差的第一照射光的距离测量结果更适合于测量精确的距离。此外，由于第二照射光具有比第一照射光低的频率，因此距离测量范围是优异的。
在上述根据本技术的运算处理设备中，第三距离可以被设为包括由于噪声引起的误差，并且运算处理设备还可以包括以下处理：获取第二校正数据，该第二校正数据用于校正由第二照射光相对于第二频率的正弦波的强度变化的误差引起的第二距离的误差；定义通过使用第二校正数据校正第二距离而获得的校正后的第二距离；将校正后的第一距离与第三距离之间的差定义为第一差，将校正后的第二距离与第三距离之间的差定义为第二差；并且计算由于噪声引起的误差，使得第一差和第二差变得更小。
第三距离不仅包括可以由第一校正数据校正的误差，即，由于第一照射光的强度变化不形成精确的正弦波而引起的误差，而且在距离测量期间由于诸如自然光之类的噪声成分进入光接收部而引起的误差(由于噪声引起的误差)。为了在考虑到由于噪声引起的误差的同时获取适当的距离测量结果，计算第二校正数据，所述第二校正数据用于校正由于所述第二照射光的强度变化相对于所述第二频率的正弦波具有误差所引起的所述第二距离的误差，并且，根据第三距离与校正后的第一距离和校正后的第二距离的中的每一个的差，适当地计算由噪声引起的误差。
在上述根据本技术的运算处理设备中，第二校正数据可以通过由二阶泰勒级数展开近似的校正函数来定义。
通过利用由二阶泰勒级数展开近似的校正函数来表示第二校正数据，不需要预先执行测量。
在上述根据本技术的运算处理设备中，可以计算第三距离的误差，使得用于相对于关注像素在时空空间中的附近像素的第二差变得更小。
为了校正针对用于距离测量的像素(即，关注像素)的第三距离的误差，计算近似展开的各个系数，使得不仅关注像素的第一差和第二差而且关注像素的时空空间中的附近像素的第一差和第二差变得更小。
在上述根据本技术的运算处理设备中，附近像素可以是关注像素的校正前的第二距离与附近像素的校正前的第二距离之间的差等于或小于预定阈值的条件下提取的像素。
结果，即使对于关注像素的附近像素，校正前的第三距离偏离预定阈值或更大的附近像素也不用于计算(即，用于校正第三距离的校正值的计算)第三距离的误差。
根据本技术的测距设备包括：发光部，该发光部能够发射强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光的光，并且发射强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光的光；光接收部，该光接收部接收反射光，该反射光是从发光部发射并且由测量对象反射的光；以及运算处理部，该运算处理部执行以下处理：通过发射和接收第一照射光来计算到测量对象的第一距离的处理，通过发射和接收第二照射光来计算到测量对象的第二距离，使用已获取的第一校正数据计算校正后的第一距离，并且使用第二距离将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
可以发射以不同频率调制强度的多条照射光，并且可以接收由测量对象反射的各个反射光，并且因此，可以获取具有不同距离分辨率和距离测量范围的两条距离测量数据。可以根据这两条距离测量数据将第三距离计算为测量距离。
根据上述本技术的测距设备可以包括存储第一校正数据的存储部。
通过将第一校正数据存储在存储部中，在第一距离的校正处理中不需要与外部通信。
根据本技术的运算处理方法包括：通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第一距离；通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第二距离；使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；并且使用第二距离，将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
在由具有不同频率的两个调制信号调制的两种类型的光测量的距离中，一个被设为是具有优异的距离分辨率的信息，另一个被设为是具有优异的距离测量范围的信息。
附图说明
图1是示出根据本技术的实施方式的测距设备的系统配置的图。
图2是用于说明实施方式的照射光与反射光的相位差的图。
图3是用于说明实施方式的距离的不确定性的图。
图4是用于说明距离分辨率与距离测量范围之间的关系的图。
图5是根据实施方式的用于执行距离测量处理的流程图。
具体实施方式
将按照下面的顺序对实施方式进行描述。
<1.测距设备的配置>
<2.照射光和反射光>
<3.实施方式>
<3-1.校正值的预先测量>
<3-2.距离测量数据的校正>
<3-3.处理流程>
<4.总结>
<1.测距设备的配置>
将描述测距设备1的配置。应注意，此处所描述的测距设备1仅是可以实施本技术的实施方式的实例。
测距设备1包括控制部1a、发光部1b、光接收部1c、振幅检测部1d、相位差检测部1e、运算处理部1f、存储部1g和输出部1h。
控制部1a可以通过生成控制信号来控制发光部1b、光接收部1c、振幅检测部1d、相位差检测部1e、运算处理部1f、存储部1g和输出部1h的各部。
发光部1b基于由控制部1a提供的预定频率的驱动信号发射强度被调制的照射光，使得强度变化形成为正弦波。即，如果照射光的光强度随时间的变化由曲线图表示，则得到正弦波。在下文的描述中，被调制使得强度变化形成10MHz的正弦波的光被描述为“10MHz的光”等。
注意，在本实施方式中，发光部1b能够发射具有两种类型的频率的照射光。例如，频率是10MHz的光和40MHz的光。例如，以时分方式发射具有不同频率的两种类型的照射光。
光接收部1c接收反射光，该反射光是从光发射部1b发射的照射光并且被测量对象100反射返回到光接收部1c。光接收部1c具有例如光接收传感器(图像传感器)，其中，光接收元件布置成二维阵列。
光接收部1c对反射光的接收与发光部1b的照射光的发光周期同步地进行。
光接收部1c在照射光的强度变化的数万次(数万个周期)内累积反射光，并且输出与累积的接收光量成比例的数据。这是因为照射光的一个周期的反射光的光接收量非常小，因此可能无法获得有意义的数据。也就是说，通过累积数万个周期的反射光，可以获得足够量的接收光，并且可以获取重要信息。
注意，为了高效地接收反射光，也可以在光接收部1c上设置聚光透镜。
振幅检测部1d根据由光接收部1c接收的光量来计算各个像素的反射光的振幅。所计算出的振幅信息被用于稍后将描述的运算处理部If的处理中。
相位差检测部1e针对每个像素计算相位差，该相位差指示与照射光的发射同步接收的反射光偏离照射光的程度。因为相位差与到测量对象100的距离(在下文中，也简称为“距离”)成比例，所以可以使用相位差计算到测量对象100的距离。这将在后面具体描述。
运算处理部1f使用由振幅检测部1d检测的各个像素的振幅信息、由相位差检测部1e检测的各个像素的相位差信息、校正数据等，来计算各个像素与测量对象100之间的距离。稍后将描述用于计算距离的操作的细节。
存储部1g存储在运算处理部1f计算距离时使用的校正数据、校正公式等。
输出部1h执行以下处理：输出将由运算处理部1f针对各个像素计算出的到测量对象100的距离的信息作为距离图像。
<2.照射光和反射光>
将参考图2描述照射光与反射光之间的关系。
图2A是示出从发光部1b发射的10MHz的照射光的强度随时间变化的图。图2B是示出由光接收部1c接收10MHz的反射光时的光强度随时间变化的图。
假设10MHz的照射光(图2A)与10MHz的反射光(图2B)之间的相位差是相位差θL，则相位差θL对应于光在测距设备1与测量对象100之间往复的时间。注意，在图2B所示的反射光的振幅极小的情况下，难以检测反射光的相位差θL，并且可能包括大量的误差。
图2C是示出从发光部1b发射的40MHz的照射光的强度随时间变化的图。图2D是表示由光接收部1c接收到40MHz的反射光时的光强度随时间变化的图。
假设40MHz的照射光(图2C)与40MHz的反射光(图2D)之间的相位差是相位差θH，则相位差θH对应于光在测距设备1与测量对象100之间往复的时间。注意，在图2D所示的反射光的振幅极小的情况下，难以检测反射光的相位差θH，并且可能包括大量的误差。
能够由相位差检测部1e检测到的相位差的分辨率是有限的。可以通过将相位差θL和相位差θH除以2πf(f：照射光的频率)、将相除结果乘以光速c并且进一步将相乘结果除以2来计算到测量对象100的距离。因而，随着f的值增加，距离的分辨率变得更高。也就是说，当使用40MHz的照射光时，与使用10MHz的照射光时相比，距离分辨率更高。具体地，如果频率f为四倍，则距离分辨率也成比例地为四倍。
接着，参考图3描述距离的不确定性。
图3A是示出从发光部1b发射的预定频率的照射光的强度随时间变化的图。图3B是示出当作为由测量对象反射的照射光由光接收部1c接收的反射光时的光强度随时间变化的图。
图3A和图3B之间的相位差θ与测距设备1与测量对象100之间的距离成比例。随着测距设备1与测量对象100之间的距离增加，相位差最终达到(θ+2π)(图3C)。与此类似，存在相位差为(θ+4π)的测距设备1与测量对象100之间的距离(图3D)。
测距设备1的相位差检测部1e在0至2π的范围内检测照射光与反射光之间的相位差，因此，相位差θ、相位差(θ+2π)以及相位差(θ+4π)无法区分。也就是说，存在距离测量将不确定的风险。因而，测距设备1中的距离测量范围是相位差小于2π的距离。
如上所描述，因为距离可以通过c×相位差θ/4πf计算，所以频率f越小，距离测量范围越长。也就是说，当比较频率f是10MHz的情况和频率f是40MHz的情况时，10MHz的距离测量范围比40MHz的情况的距离测量范围长四倍。
图4概述了距离分辨率和距离测量范围。
如图4所示，频率f越低，距离测量范围越长，但是距离分辨率越低。此外，频率f越高，距离分辨率越高，但是距离测量范围越短。
也就是说，如果频率f降低，则缺点是距离分辨率降低，并且如果频率f升高，则缺点是距离范围缩短。
<3.实施方式>
在本技术中，为了克服上述缺点，使用两个频率执行距离测量。将描述本技术中使用的距离测量方法。
<3-1.校正值的预先测量>
在以上描述中，假设通过以预定频率f执行强度调制，照射光的光强度的时间变化为理想正弦波。然而，实际上，照射光的光强度的时间变化并未形成理想的正弦波，并且存在不小的误差。因此，在本实施方式中，校正了强度变化不是精确的正弦波所引起的距离测量结果的误差。在以下描述中，误差校正前的距离测量结果被描述为“校正前的距离”，并且作为误差校正的结果而计算的距离测量结果被描述为“校正之后的距离”。此外，测距设备1与测量对象100之间的实际距离被描述为“真实距离”。
例如，在测距设备1出厂之前的制造过程中，测量用于将校正前的距离转换成校正之后的距离的校正量。具体地，在逐渐改变测距设备1与测量对象100之间的距离的同时，计算校正前的距离与真实距离之间的对应关系。
将根据测量结果计算出的校正量存储在测距设备1的存储部1g中。注意，校正量信息可以被配置为使得可以经由通信网络从其他信息处理设备获取校正量信息。
在使用测距设备1测量距离的情况下，使用校正前的距离和从存储部1g获取的校正值来计算校正之后的距离。
在存储部1g中存储的校正值可以是表示校正前的距离与校正量之间的关系的函数，或者可以是示出校正前的距离与校正量之间的关系的对应表。在表示校正前的一些典型距离与校正量之间的关系的对应表存储在存储部1g中的情况下，可以通过线性插值等获得未存储的校正前的距离的校正量。
因为在出厂之前的制造过程中计算校正量花费时间，所以存在制造成本将增加的风险。具体地，在如本技术中使用两个频率的情况下，如果计算每个频率的校正量，则制造成本增加。
因此，在本实施方式中，仅对所使用的两个频率中的一个(例如，10MHz和40MHz)计算校正量。
因此，在使用在制造过程中尚未计算校正量的频率进行距离测量的情况下，校正量是未知的，使得不能校正包括误差的校正前的距离。
下面将描述解决这一点的方法。
<3-2.距离测量数据的校正>
首先，在说明书中给出一些定义。
用于稍后描述的一些变量的下标i和j如在公式1中定义。
[数学式.1]
i，j∈{(t，u，v)|t denotes time.(u，v)denots pixel position of the camerascreen}…公式1
也就是说，下标i和j中的每一个指示它们在时空空间中的位置。此外，下标i在表示关注像素时使用。在下面的描述中，下标将被描述为像素位置i和像素位置j。
将描述采用10MHz和40MHz作为用于驱动信号的两个频率的情况。注意，fL＝10MHz并且fH＝40MHz。注意，采用10MHz和40MHz仅是实例，可以使用其他频率，并且一个频率不必是另一个频率的整数倍。然而，fL和fH至少具有不同的频率。
为了校正由于发光强度的时间变化不是理想的正弦波而引起的误差，如上所描述，每个距离的校正量是必要的。这里，给出了预先计算用于频率fH(＝40MHz)的校正量的实例，但是不预先计算频率fL(＝10MHz)的校正量。当然，也可以预先计算频率fL的校正量。
因此，由于使用频率fL测量的数据的校正量是已知的，因此可以校正数据，并且如果不考虑如后面描述的随机噪声成分，则可以执行正确的距离测量。
假设在使用频率fH执行距离测量的情况下，“校正前的距离”与“真实距离”之间的对应关系是EH(d)。d表示校正前的距离。
另一方面，在使用频率fL执行距离测量的情况下，认为即使忽略随机噪声成分，也包含误差。假设误差的最大值是eL，则最大误差值eL满足公式2。
[数学式.2]
Figure BDA0002994418210000081
使用频率fL的距离测量数据可以在距离方面包括最大误差值eL的误差。换句话说，在最大误差值eL满足公式2的环境中使用的情况下，可以使用稍后描述的方法。
假设在使用频率fL测量距离的情况下像素位置j处的相位差为θL(j)，则可以使用公式3来表示校正前的距离DL(j)。
[数学式.3]
Figure BDA0002994418210000091
如上所描述，由于校正前的距离DL(j)是最大误差值eL，因此可使用公式4来表示。
[数学式.4]DL(j)-eL≤D(j)≤DL(j)+eL...公式4
这里，D(j)是在像素位置j处测量的到测量对象100的真实距离。
另一方面，假设在使用频率fH测量距离的情况下像素位置j处的相位差为θH(j)，可使用公式5表示校正前的距离D’H(j，n)。
[数学式.5]
Figure BDA0002994418210000092
这里，n表示0以上的整数，是目前未知的值。
使用公式5计算的D’H(j，n)包括由于照射光的光强度的时间变化不是理想正弦波的事实而引起的误差，使得使用校正值的校正是必要的。校正值EH(d)是已知的，例如，存储在存储部1g中。
因此，可以使用公式6来表示校正之后的距离DH(j，n)。
[数学式6]DH(j，n)＝D′H(j，n)-EH(D′H(j，n))...公式6
EH(D’H(j，n))是在校正前的距离测量结果是如上所描述的D’H(j，n)时的校正值。
在不考虑稍后描述的随机噪声成分的情况下，由公式6计算的校正之后的距离DH(j，n)与真实距离D(j)之间成立公式7的关系。
[数学式.7]D(j)＝DH(j，n)...公式7
未知数n可以通过使用公式3、公式4、公式5、公式6和公式7来计算。假设所计算出的未知数n是n0，则校正之后的距离DH(j，n)是校正距离DH(j，n0)。DH(j)由公式8使用校正之后的这个距离来定义。
[数学式.8]
Figure BDA0002994418210000093
因此，公式9成立。
[数学式.9]D(j)＝DH(j)...公式9
如从上面可以理解的，通过使用公式3和公式4来确定已知是未知数的n。由于公式3和公式4是用于频率fL的公式，因此通过使用不仅使用频率fH而且使用频率fL的距离测量数据可以确定未知数n。也就是说，能够消除未知数n的不确定性。
在迄今为止的解释中，各个公式已经定义了：假设不存在随机噪声成分。但是，实际的距离测量数据包括随机噪声成分。在下文中，将描述考虑随机噪声成分校正距离测量数据的方法。
假设在使用频率fL执行距离测量的情况下，像素位置j处的随机噪声成分是RL(j)。此外，在使用频率fL执行距离测量的情况下的校正量是EL(d)。d表示校正前的距离。因而，像素位置j的校正量是EL(DL(j))。注意，EL(d)是未知函数，因为校正值不是预先测量的。此时，可以使用公式10来表示真实距离D(j)。
[数学式.10]D(j)＝DL(j)-EL(DL(j))+RL(j)...公式10
另一方面，在使用频率fH执行距离测量并且像素位置j处的随机噪声成分是RH(j)的情况下，可以使用公式11表示真实距离D(j)。
[数学式.11]D(j)＝DH(j)+RH(j)...公式11
注意，如上所描述，DH(j)表示校正之后的距离。
假设关注像素位置是关注像素位置i。公式12是通过将未知函数EL(d)在DL(i)周围展开泰勒级数并且用高达二阶的项对其近似而获得的。
[数学式.12]EL(d)＝E0+E1×(d-DL(i))+E2×(d-DL(i))2...公式12
公式12中的E0、E1和E2是未知的。
公式13从公式10和公式12中获得。
[数学式.13]D(j)＝DL(j)-(E0+E1×(DL(j)-DL(i))+E2×(DL(j)-DL(i))2)+RL(j)...公式13
这里，随机噪声成分RL(j)的标准偏差基本上等于在使用频率fL执行距离测量的情况下像素位置j处的光接收强度，即，正弦波的振幅AL(j)。因此，公式14成立。
[数学式14]
Figure BDA0002994418210000101
注意，N表示高斯符号。
随机噪声成分RH(j)的标准偏差基本上等于在使用频率fH执行距离测量的情况下像素位置处的光接收强度，即，正弦波的振幅AH(j)。因此，公式15成立。
[数学式15]
Figure BDA0002994418210000102
通过确定未知数E0、E1、E2和D(j)，使得以误差的平方值为最小值，可以计算由关注像素位置i测量的到测量对象100的距离的最大似然值D(i)。应解式在公式16中示出。
[数学式.16]
Figure BDA0002994418210000111
在公式16中，用于计算在关注像素位置i处测量的距离的像素位置j是关注像素位置i和在时空空间中不同于关注像素位置i的像素位置。
这里，表示校正量的函数EL(d)通过泰勒级数展开进行二次近似，如公式12所示。因此，优选仅使用在该二次近似成立的范围内的像素位置。即，像素位置j并不是任何像素位置都可以。也就是说，将在公式16中相加的像素位置j被限制为满足公式17的那些像素位置。
[数学式17]|DL(j)-DL(i)|≤Th...公式17
阈值Th是小值。
此外，如果对时空空间中的所有像素位置进行相加，则计算量变得巨大，并且可能损害测距设备1的便利性。因此，期望仅相加关注像素位置i附近的像素位置作为像素位置j。也就是说，期望在公式16中待相加的像素位置j是“关注像素位置i和关注像素位置i附近的像素位置”并且满足公式17。
<3-3.处理流程>
将参考附图描述用于通过上述方法执行距离测量和距离测量数据的校正的具体处理流程的实例。
如图5所示，测距设备1的运算处理部1f在步骤S101中选择第一频率。在该实例中，使用第一频率和第二频率，第一频率是例如高于第二频率的40MHz。
随后，在步骤S102中，运算处理部1f给出发出照射光的指令，其中所述照射光的强度已使用所选择的频率调制。根据该指示，测距设备1的发光部1b发光。
在步骤S103中，运算处理部1f给出接收与照射光的强度调制同步的反射光的指令。因此，执行测距设备1的光接收部1c的光接收操作。
在步骤S104中，运算处理部1f执行针对每个像素位置计算相位差的处理。在该处理中，计算接收到的反射光的强度变化与发光的强度变化之间的相移。
在步骤S105中，运算处理部1f获取每个像素位置的反射光的振幅。
通过执行从步骤S101至步骤S105的每个处理。
接着，在步骤S106中，运算处理部1f执行确定是否已经选择与第一频率不同的第二频率的处理。在仅选择了第一频率并且尚未选择第二频率的情况下，在步骤S107中，运算处理部1f执行选择第二频率的处理。第二频率例如是比第一频率低的10MHz。
在选择第二频率之后，运算处理部1f通过执行从步骤S102至步骤S105的处理来执行各种类型的处理和指令。
在使用第一频率和第二频率执行从步骤S102至步骤S106的处理之后，运算处理部1f确认在步骤S106中已经选择了第二频率，并且执行步骤S108的处理。
在步骤S108的处理中，选择二维阵列中布置的光接收传感器的每个像素的未选择的像素位置作为关注像素位置i。后续从步骤S109至步骤S115的每个处理是针对选择的关注像素位置i待执行的处理。
在步骤S109中，运算处理部1f选择未选择的像素位置j。
在步骤S110中，运算处理部1f针对关注像素位置i和像素位置j计算满足公式3、4、5、6和7的未知数n，并且将计算出的n设定为n0。
接下来，在步骤S111中，运算处理部1f使用公式5、6和8计算DH(j)，并且在步骤S112中使用公式3计算DL(j)。
随后，在步骤S113中，运算处理部1f确定是否已经选择了所有像素位置j。在尚未对一个关注像素位置i选择所有像素位置j的情况下，运算处理部1f在步骤S109中选择尚未选择作为像素位置j的像素位置作为像素位置j。
运算处理部1f对新选择的像素位置j执行从步骤S110至步骤S112的每个处理。也就是说，对所有像素位置j执行从步骤S110至步骤S112的每个处理。
在步骤S113中，运算处理部1f确定已经选择所有像素位置j的情况下，在步骤S114中，运算处理部1f使用公式16计算E0、E1、E2和D(j)，并且在步骤S115中，执行从输出部1h输出D(i)作为对应于关注像素位置i的距离的处理。
随后，在步骤S116中，运算处理部1f确定是否存在尚未选择作为关注像素位置i的像素位置，也就是说，是否已经选择了所有像素位置作为关注像素位置i。
在存在尚未被选择作为关注像素位置i的像素位置的情况下，运算处理部1f再次执行步骤S108，选择新的像素位置作为关注像素位置i，并且针对新的关注像素位置i执行步骤S109至步骤S115的每个处理。
通过执行从步骤S108至步骤S116的每个处理，运算处理部1f可以计算并且输出所有像素位置的距离D(i)。
<4.总结>
如上所描述，运算处理设备(执行用于距离测量的各种类型的处理的测距设备1)包括：运算处理部1f，其执行以下处理：通过发射和接收强度由第一频率(例如，40MHz)的第一调制信号调制的第一照射光(40MHz的光)来计算到测量对象100的第一距离(D’H(j，n))；通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率(例如，10MHz)的第二调制信号调制的第二照射光(10MHz的光)来计算到测量对象100的第二距离(DL(j))；使用已经获取的第一校正数据(校正值EH(D’H(j，n))计算校正之后的第一距离(DH(j，n))；并且使用第二距离确定第二距离的误差范围内的校正后的第一距离作为第三距离(即，指定未知数n，将n设定为n0)。
在由具有不同频率的两个调制信号调制的两种类型的光测量的距离中，一个被设为是具有优异的距离分辨率的信息，另一个被设为是具有优异的距离测量范围的信息。
因而，通过使用多个光束，可以考虑距离测量范围和距离分辨率两者来执行适当的测距。
此外，只要存在通过使用多个光束中的一个光束(即，第一距离)的测量获取的距离测量结果的校正数据(第一校正数据)，就可以获取作为第三距离的高精度的测量结果。
而且，在测量之前预先准备校正数据的情况下，仅需要准备用于使用多个光束中的一个光束校正距离测量结果的数据，这样可以减少用于获取校正数据和装运检查项的检查时间，这可以有助于降低成本。
此外，即使在由于测距设备的老化劣化而导致测量结果的校正数据不匹配的情况下，也仅需要更新用于使用多个光束中的一个光束校正测量结果的校正数据，从而可缩短维护时间。
注意，在使用具有较高距离分辨率的光(其强度由较高频率的调制信号调制的光)的测量结果中，可能存在待呈现的校正后的第一距离的多个候选。即使在这种情况下，通过使用具有有利距离测量范围的光(其强度通过较低频率的调制信号调制的光)的测量结果，可以从校正后的第一距离的多个候选中缩小到一个距离测量结果。将缩小到一个的距离测量结果视为第三距离。即，能够正确地导出到测量对象的距离。
此外，第一校正数据(校正值)可以是用于校正由第一照射光的强度变化相对于第一频率(例如，40MHz)的正弦波具有误差引起的测量距离的误差的数据。
第一距离被设为包括由于第一照射光的强度变化不是精确的正弦波的事实引起的误差。
通过使用第一校正数据作为用于校正误差的数据，可以高精度地校正测量结果。例如，第一校正数据对于每个个体是唯一的，根据第一照射光与精确的正弦波之间的误差由于测距设备的个体差异而不同。此外，通过在制造测距设备时执行的检查，预先计算第一校正数据，并且每当测距设备执行距离测量操作时，使得不必每次执行距离测量时都计算第一校正数据，可以快速地导出校正后的距离测量结果。
而且，第一频率(例如，40MHz)可以高于第二频率(例如，10MHz)。
强度由第一调制信号调制的光(第一照射光)和强度由第二调制信号调制的光(第二照射光)中，使用能够校正用于精确的正弦波的误差的第一照射光的距离测量结果更适合于测量精确的距离。此外，因为第二照射光具有比第一照射光低的频率，所以距离测量范围是优异的。
也就是说，由于可以在利用第二照射光掌握粗略距离的同时利用第一照射光计算精确的距离，因此可以获取在距离测量范围和精度两者上都优良的距离测量结果(第三距离)。
而且，第三距离可以被设为包括由于噪声引起的误差，并且运算处理设备还可以包括以下处理：获取第二校正数据(EL(d))，该第二校正数据用于校正由于所述第二照射光的强度变化相对于所述第二频率的正弦波具有误差所引起的所述第二距离的误差；定义通过使用第二校正数据校正第二距离(DL(j))而获得的校正后的第二距离(DL(j)-EL(DL(j)))；将校正后的第一距离(DH(j))与第三距离(DH(j)+RH(j))之间的差定义为一个第一差，将校正后的第二距离与第三距离之间的差(DL(j)-EL(DL(j))+RL(j))定义为第二差，并且计算由噪声引起的误差，使得第一差和第二差变得更小(即，用于校正由噪声引起的误差的第二校正数据EL(d))。
第三距离包括可以由第一校正数据校正的误差，也就是说，不仅包括由于第一照射光的强度变化不是精确的正弦波的事实引起的误差，而且包括在距离测量期间由于诸如自然光之类的噪声成分进入光接收部引起的误差(由于噪声引起的误差)。为了在考虑由于噪声引起的误差的同时获取适当的距离测量结果，计算第二校正数据，该第二校正数据用于校正由于第二照射光的强度变化相对于正弦波具有误差的事实引起的第二距离的误差，并且，根据第三距离与校正后的第一距离和校正后的第二距离的中的每一个的差，适当地计算由噪声引起的误差。
结果，考虑到由第一照射光的强度变化引起的误差(包括相对于正弦波的误差)、由第二照射光的强度变化引起的误差(包括相对于正弦波的误差)、以及由于噪声导致在第三距离中包括的误差的所有，可以精确地校正第三距离。
此外，第二校正数据(EL(d))可以通过由二次泰勒级数展开近似的校正函数(公式12)来定义。
通过利用由二阶泰勒级数展开近似的校正函数来表示第二校正数据，不需要预先执行测量。
也就是说，由于仅针对第一照射光和第二照射光中的一个预先计算校正数据，因此可以缩短制造过程和检查过程。
然后，可以计算第三距离的误差，使得相对于关注像素(关注像素位置i)在时空空间中的附近像素的第二差变得更小。
为了校正针对用于距离测量的像素(即，关注像素)的第三距离的误差，计算近似展开的各个系数，使得不仅关注像素的第一差和第二差而且关注像素的时空空间中的附近像素的第一差和第二差变得更小。
结果，能够提高近似表达式的系数的精度，能够更准确地校正作为关注像素的测距结果的第三距离。
此外，附近像素可以是在关注像素的校正前的第二距离与附近像素的校正前的第二距离之间的差等于或小于预定阈值的条件(公式17)下提取的像素。
结果，即使对于关注像素的附近像素，校正前的第三距离偏离预定阈值或更大的附近像素也不用于计算(即，用于校正第三距离的校正值的计算)第三距离的误差。
因而，能够更高精度地计算第三距离的误差，并且能够更高精度地校正第三距离。
注意，测距设备1包括：发光部1b，该发光部能够发射强度由第一频率(例如，40MHz)的第一调制信号调制的第一照射光(40MHz的光)的光，并且发射强度由不同于第一频率的第二频率(例如，10MHz)的第二调制信号调制的第二照射光(10MHz的光)的光；光接收部1c，该光接收部接收反射光，该反射光是从发光部1b发射并且由测量对象100反射的光；以及运算处理部1f，该运算处理部执行以下处理：通过发射和接收第一照射光来计算到测量对象100的第一距离(D’H(j，n))的处理，通过发射和接收第二照射光来计算到测量对象100的第二距离(DL(j))，使用已获取的第一校正数据(校正值：EH(D’H(j，n))计算校正后的第一距离(DH(j，n))，并且使用第二距离将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离(即，指定未知数n并且将n设定为n0)。
可以发射以不同频率调制强度的多条照射光，并且可以接收由测量对象反射的各个反射光，并且因此，可以获取具有不同距离分辨率和距离测量范围的两条距离测量数据。可以根据这两条距离测量数据将第三距离计算为测量距离。
也就是说，可以执行具有优异的距离测量范围和优异的距离分辨率的距离测量。
此外，测距设备1可以包括存储第一校正数据的存储部1g。
通过将第一校正数据存储在存储部中，在第一距离的校正处理中不需要与外部通信。
也就是说，能够减小校正第一距离时的处理负荷，能够迅速地计算校正后的第一距离，并且能够迅速地计算第三距离。
注意，在本说明书中描述的效果仅是实例并且不旨在限制，并且可以提供其他效果。
注意，本技术可以采用以下配置。
(1)一种运算处理设备，包括运算处理部，该运算处理部执行以下处理：
通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光来计算到测量对象的第一距离；
通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光来计算到测量对象的第二距离；
使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；并且
使用第二距离，将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
(2)根据(1)所述的运算处理设备，
其中，所述第一校正数据是用于校正由于所述第一照射光的强度变化相对于所述第一频率的正弦波具有误差所引起的测量距离的误差的数据。
(3)根据(1)或(2)中任一项所述的运算处理设备，
其中，第一频率被设定为高于第二频率。
(4)根据(1)至(3)中任一项所述的运算处理设备，
其中，第三距离被设为包括由于噪声引起的误差，并且
运算处理设备还包括以下处理：
获取第二校正数据，所述第二校正数据用于校正由于所述第二照射光的强度变化相对于所述第二频率的正弦波具有误差所引起的所述第二距离的误差；
定义通过使用第二校正数据校正第二距离而获得的校正后的第二距离；
将校正后的第一距离与第三距离之间的差定义为第一差；
将校正后的第二距离与第三距离之间的差定义为第二差；并且
计算由于噪声引起的误差，使得第一差和第二差变得更小。
(5)根据(4)所述的运算处理设备，
其中，第二校正数据通过由二阶泰勒级数展开近似的校正函数来定义。
(6)根据(5)所述的运算处理设备，
其中，计算第三距离的误差，使得相对于关注像素在时空空间中的附近像素的第二差变得更小。
(7)根据(6)所述的运算处理设备，
其中，附近像素是关注像素的校正前的第二距离与附近像素的校正前的第二距离之间的差等于或小于预定阈值的条件下已提取的像素。
(8)一种测距设备，包括：
发光部，该发光部能够发射强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光的光，并且发射强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光的光；
光接收部，该光接收部接收反射光，该反射光是从发光部发射并且由测量对象反射的光；以及
运算处理部，该运算处理部执行以下处理：通过发射和接收第一照射光来计算到测量对象的第一距离的处理，通过发射和接收第二照射光来计算到测量对象的第二距离，使用已获取的第一校正数据计算校正后的第一距离，并且使用第二距离将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
(9)根据(8)所述的测距设备，还包括
存储部，第一校正数据存储在其中。
(10)一种由运算处理设备执行的运算处理方法，该方法包括：
通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第一距离；
通过发射和接收强度由不同于第一频率的第二频率的第二调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第二距离；
使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；以及
使用第二距离，将在第二距离的误差范围内的校正后的第一距离确定为第三距离。
参考符号列表
1 测距设备
1b 发光部
1c 光接收部
1f 运算处理部
1g 存储部
100 测量对象

Claims (10)

1.一种运算处理设备，包括运算处理部，所述运算处理部执行以下：
通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光来计算到测量对象的第一距离；
通过发射和接收强度由不同于所述第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光来计算到所述测量对象的第二距离；
使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；并且
使用所述第二距离，将在所述第二距离的误差范围内的所述校正后的第一距离确定为第三距离。
2.根据权利要求1所述的运算处理设备，
其中，所述第一校正数据是用于校正由于所述第一照射光的强度变化相对于所述第一频率的正弦波具有误差所引起的测量距离的误差的数据。
3.根据权利要求1所述的运算处理设备，
其中，所述第一频率被设定为高于所述第二频率。
4.根据权利要求1所述的运算处理设备，
其中，所述第三距离被设为包括由于噪声引起的误差，并且
所述运算处理设备还包括以下处理：
获取第二校正数据，所述第二校正数据用于校正由于所述第二照射光的强度变化相对于所述第二频率的正弦波具有误差所引起的所述第二距离的误差；
定义通过使用所述第二校正数据校正所述第二距离而获得的校正后的第二距离；
将所述校正后的第一距离与所述第三距离之间的差定义为第一差；
将所述校正后的第二距离与所述第三距离之间的差定义为第二差；并且
计算由于所述噪声引起的误差，使得所述第一差和所述第二差变得更小。
5.根据权利要求4所述的运算处理设备，
其中，所述第二校正数据通过由二阶泰勒级数展开近似的校正函数来定义。
6.根据权利要求5所述的运算处理设备，
其中，计算所述第三距离的误差，使得相对于关注像素在时空空间中的附近像素的第二差变得更小。
7.根据权利要求6所述的运算处理设备，
其中，所述附近像素是所述关注像素的校正前的第二距离与所述附近像素的校正前的第二距离之间的差等于或小于预定阈值的条件下已提取的像素。
8.一种测距设备，包括：
发光部，所述发光部能够发射强度由第一频率的第一调制信号调制的第一照射光的光，并且发射强度由不同于所述第一频率的第二频率的第二调制信号调制的第二照射光的光；
光接收部，所述光接收部接收反射光，所述反射光是从所述发光部发射并且由测量对象反射的光；以及
运算处理部，所述运算处理部执行以下处理：通过发射和接收第一照射光来计算到测量对象的第一距离，通过发射和接收所述第二照射光来计算到所述测量对象的第二距离，使用已获取的第一校正数据计算校正后的第一距离，并且使用所述第二距离将在所述第二距离的误差范围内的所述校正后的第一距离确定为第三距离。
9.根据权利要求8所述的测距设备，还包括
存储部，所述第一校正数据存储在其中。
10.一种由运算处理设备执行的运算处理方法，所述方法包括：
通过发射和接收强度由第一频率的第一调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第一距离；
通过发射和接收强度由不同于所述第一频率的第二频率的第二调制信号调制的光来计算测距设备与测量对象之间的第二距离；
使用已获取的第一校正数据来计算校正后的第一距离；以及
使用所述第二距离，将在所述第二距离的误差范围内的所述校正后的第一距离确定为第三距离。
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