CN115136023A - 距离测定装置及距离测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是充分考虑在测距期间的人眼安全。本发明是一种距离测定装置，包括：照射单元，向对象空间射出光；光接收单元，包括多个光接收元件，接收来自对象空间中的观测光并输出电信号；光强度计算单元，根据第一电信号计算对象空间中的光强度，第一电信号是根据光接收单元接收到的观测光中包含的来自第一光所照射的物体的反射光而生成的，所述第一光从照射单元射出；以及测距处理单元，执行测距处理，用于根据第二电信号计算距物体的距离，第二电信号是根据光接收单元接收到的观测光中包含的来自第二光照射的物体的反射光而生成的，基于由光强度计算单元计算出的光强度的所述第二光从照射单元射出。

Description

距离测定装置及距离测定方法

技术领域

本技术涉及距离测定装置和距离测定方法。

背景技术

已知基于飞行时间(ToF)来测量到物体(对象物体)的距离的测距设备(也可以被称为测距传感器)。ToF通常包括直接ToF(dToF)和间接ToF(iToF)。直接ToF是以下技术，其中，从发光元件射出脉冲光，通过被称为单光子雪崩二极管(SPAD)的光接收元件接收来自被脉冲光照射的物体的反射光以检测光子，在该操作中生成的载流子使用雪崩倍增被转换成电信号脉冲，电信号脉冲被输入到时间数字转换器(TDC)以测量反射光的到达时间，并且计算到物体的距离。另一方面，间接ToF从发光元件射出脉冲光，通过光接收元件检测通过接收来自被脉冲光照射的物体反射光而生成的电荷，并且使用其累积量根据光的到达定时而改变的半导体元件结构来测量光的飞行时间。

在如上所述使用ToF的距离测定装置中，具有均匀光强度的照射光一般被用作向对象空间施加的照射光。另一方面，在对象空间中，可能存在相对短距离和长距离的物体，因此，已经提出了基于来自物体的反射光改变图像上每个位置的光强度的技术。

下面的专利文献1公开了一种装置，其从光发射装置产生沿多个角方向的脉冲光，由光接收装置接收来自物体的反射光，根据发射光和反射光的发射与接收之间的时间差来检测到物体的距离，并针对每个角方向单独地控制发射光的功率，使得针对每个角方向的反射光的接收强度落入预定范围内。

此外，下面的专利文献2公开了通过改变发光源的光量来生成具有较高精度的距离图像的技术。具体地，专利文献2公开了一种装置，该装置包括：成像元件，该成像元件包括将调制光照射到对象空间的发光源；接收从发光源照射并被对象空间中的对象物体反射的反射光并将反射光转换成电荷的多个光电转换元件；为每个光电转换元件设置的多个电荷累积单元；以及与发光源的调制同步地将由光电转换元件转换的电荷分配到多个电荷累积单元的单元；距离图像生成单元，其基于存储在多个电荷累积单元中的电荷执行预定计算并且生成其像素值是距离值的距离图像；以及光量调整部，其调整发光源的光量。专利文献2还公开了一种装置，在该装置中，发光源包括用调制光照射对象空间的多个光发射器，多个光发射器被分成多个区域，而多个光电转换元件被分成与多个区域对应的多个光电转换元件区，并且光量调整单元调整针对该区域中的每个光发射器的光量。

引用列表

专利文献1日本专利申请公开号7-167958

专利文献2日本专利申请公开号2008-241435

发明内容

本发明要解决的问题

在上述文献中公开的技术中，虽然要照射的光的强度或量根据至对象物体的距离而调整，但是光强度使用取决于用于测距的照射光(测距光)的反射光来调整。因此，即使在用测距光照射时光强度在一定程度上减弱，也不能说在例如包括对人眼有害的波长的情况下眼睛安全性可能总是足够的。另一方面，在眼睛安全性被优先的情况下，存在以下问题：对于周围的测距不能获得足够的光强度，并且不能精确地执行测距。此外，为了通过接收测距光的照射来调节光强度，需要预先照射具有一定光强度的测距光。因此，具有调整前的光强度的测距光可能被照射至人眼。

因此，本技术的目的是提供充分考虑人眼的安全性的距离测定装置和距离测定方法。

问题的解决方案

用于解决上述问题的本技术包括指定事项或者技术特征的下列技术。

根据某个方面的本技术是一种距离测定装置，包括：照射单元，被配置为向对象空间射出光；光接收单元，被配置为接收对象空间中的观测光，并且光接收单元包括输出电信号的多个光接收元件；光强度计算单元，被配置为根据第一电信号计算对象空间中的光强度，第一电信号与光接收单元接收到的观测光中包含的来自第一光所照射的物体的反射光对应，第一光从照射单元射出；以及测距处理单元，被配置为执行测距处理，用于根据第二电信号计算距物体的距离，第二电信号与光接收单元接收到的观测光中包含的来自第二光照射的物体的反射光对应，基于由光强度计算单元计算出的光强度的第二光从照射单元射出。

此外，根据另一方面的本技术是一种距离测定方法，包括：从照射单元向对象空间射出光；光接收单元接收对象空间的观测光并输出电信号；根据第一电信号计算对象空间中的光强度，第一电信号与来自光接收单元接收到的观测光中包含的第一光所照射的物体的反射光对应，第一光从照射单元射出；以及执行测距处理，用于根据第二电信号计算距物体的距离，第二电信号与光接收单元接收到的观测光中包含的来自第二光照射的物体的反射光对应，基于计算出的光强度的第二光从照射单元射出。

注意，在本说明书等中，装置不仅仅表示物理装置，并且包括装置的功能由软件实现的情况。此外，一个装置的功能可以由两个或更多个物理装置实现，或者两个或更多个装置的功能可以由一个物理装置实现。

此外，“系统”是指多个设备(或实现特定功能的功能模块)的逻辑组件，而不管每个设备或每个功能模块是否在单个壳体中。

本技术的其他技术特征、目的、效果或优点将通过参考附图描述的下列实施方式阐明。

此外，在本说明书中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可以提供其他效果。

附图说明

图1是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的构成的实例的框图。

图2A是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的照射单元的构成的实例的示图。

图2B是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的照射单元的构成的实例的示图。

图3是示出了根据本技术的实施方式的距离测定装置的光接收单元的构成的实例的示图。

图4是示出了用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置中的光接收单元的操作原理的时序图的实例的示图。

图5是示出用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置中使用多相脉冲的光接收单元的操作原理的时序图的实例的示图。

图6是示出根据本技术的实施方式的通过距离测定装置计算使用多相脉冲光的光强度的方法的实例的曲线图。

图7是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的光强度计算单元的构成的实例的框图。

图8是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的照射光强度确定表的实例的示图。

图9A是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的操作的实例的流程图。

图9B是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的操作的实例的流程图。

图10是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的操作的实例的示图。

图11是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的光强度计算单元的另一构成的实例的框图。

图12是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的预测接收光辉度廓线生成单元的操作的示图。

图13是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置的操作的实例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本技术的实施方式。要注意的是，下面描述的实施方式仅仅是一个实例，并非旨在排除下面未明确描述的技术的各种修改和应用。在不背离本技术的要旨的情况下，可以通过进行各种修改(例如，组合每个实施方式等)实现本技术。另外，在以下的附图的说明中，对相同或类似的部分标注相同或类似的附图标记。附图是示意性的并且不一定与实际尺寸、比率等匹配。附图可包括具有不同尺寸关系和比率的部分。

[第一实施例]

图1是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的构成的实例的框图。距离测定装置1是所谓的间接ToF型测距传感器，其从光源向对象空间射出调制脉冲光，并且基于通过光接收元件接收的来自脉冲光所照射的物体OBJ反射的光所获得的电信号，测量到对象空间中的物体(对象物体或被拍者)OBJ的距离。在本公开中，虽然间接ToF型测距传感器被描述为实例，但是根据本公开的技术可以类似地应用于使用直接ToF型测距传感器、光切断方法等的各种传感器。

如图所示，距离测定装置1包括例如控制单元10、照射单元20、光接收单元30、存储单元40、测距处理单元60、通信IF单元70和光强度计算单元50等部件。这些部件例如能够构成为CMOS LSI等片上系统(SoC)。可替换地，例如，诸如照射单元20和光接收单元30的一些部件可被构成为单独的LSI。

控制单元10是整体控制距离测定装置1的操作的部件。虽然未示出，但是控制单元10可以包括控制信号产生单元，其根据产生的时钟产生和输出用于驱动和控制照射单元20和光接收单元30的控制信号。此外，在本公开中，控制单元10控制照射单元20的射出模式。射出模式包括例如廓线生成模式和测距模式，在廓线生成模式中，射出具有第一波长的用于生成指示对象空间的每个区域的光强度的接收光辉度廓线的第一光，在测距模式中，射出具有第二波长的用于测量到对象物体OBJ的距离的第二光。

照射单元20是包括光源的组件，该光源射出用于ToF测距的调制脉冲光到对象空间。光源可以是例如包括以二维阵列布置的多个发光元件的表面照射型激光器。根据本公开，照射单元20包括射出具有第一波长的第一光的第一光源201和射出具有第二波长的第二光的第二光源202，以能够射出具有对应于上述射出模式的至少两种波长的光。例如，第一光是具有800nm至2500nm的波长的近红外光。在控制单元10的控制下，在廓线生成模式中，照射单元20从第一光源201向对象空间射出具有均匀空间光强度的第一光。此外，在控制单元10的控制下，在廓线生成模式之后的测距模式中，照射单元20从第二光源202向对象空间射出稍后描述的具有根据照射廓线的空间光强度的第二光。第二光源202以高速(例如，10MHz至200MHz的频率)驱动，具有几ns至几十ns的脉冲宽度，并且射出具有不同相位的脉冲光(多相脉冲光)。如后所述，光强度计算单元50根据包含由第一光产生的来自对象物体OBJ的反射光的观测光，生成表示针对对象空间的各区域的空间光强度的照射廓线。作为另一实例，照射单元20的第二光源202被配置为从第二光源202射出根据产生的照射廓线的光斑形第二光。换句话说，在测距模式中，控制单元10执行控制，使得照射单元20中的仅一部分第二发光元件202a照射第二光，并且其他第二发光元件202a不照射第二光，使得可以仅在对象空间的特定区域中测量距离。利用该布置，例如，照射单元20照射特定区域作为斑点。在本公开中，表面照射型激光器被描述为实例，但是照射单元20可被构成为通过线照射型激光器或光斑照射激光器和扫描镜实现表面射出。

光接收单元30是对从对象空间入射的光(观测光)做出响应的传感器，在控制单元10的控制下累积电荷并输出与其对应的电信号。尽管未示出，然而，通常，在光接收单元30的光接收表面的前方设置作为聚光透镜等的光接收光学系统，使得可以有效地接收光。光接收单元30通常是包括以二维阵列布置的多个光接收元件的CMOS图像传感器，但不限于此，并且可以是例如CCD图像传感器。例如，在控制单元10的控制下，光接收单元30的特定光接收元件组以与廓线生成模式或测距模式中的预定的照射定时同步的预定的光接收定时进行动作，累积根据所接收到的观测光的电荷。例如，光接收单元30的特定光接收元件组被施加有调制到与上述脉冲驱动频率(10MHz至200MHz)相同的频率(10MHz至200MHz)的电压并且被驱动。利用该布置，照射光的照射定时与光接收元件组的累积定时匹配。在该实例中，如稍后所述，光接收单元30执行电荷累积并输出(读取)与例如脉冲光的四次射出对应的四次。从光接收单元30读取的电荷(电信号)被传输至存储单元40。

存储单元40是暂时保持基于从光接收单元30读取的电信号的像素数据的存储器。存储单元40可以是易失性存储器或非易失性存储器。在该实例中，存储单元40被构成为存储从光接收单元30读取的一个图像帧的图像数据，但是本发明不限于此。作为可选实例，存储单元40可以存储基于与通过照射单元20照射若干行脉冲光对应的观测光的图像数据。保存在存储单元40中的图像数据由光强度计算单元50和测距处理单元60参考和处理。

在廓线生成模式中，光强度计算单元50基于从存储单元40读取的第一像素数据计算对象空间中的光强度，并基于光强度从接收光辉度廓线生成照射廓线。第一像素数据是基于通过第一光源201的第一光获得的数据。光强度可以是例如辉度、亮度或照度，但在本公开中，辉度将作为实例进行描述。接收光辉度廓线和照射廓线例如是表示通过对与对象空间对应的图像帧进行分割而得到的各预定区域的光强度的数据集。照射廓线例如可以是接收光辉度廓线的反转廓线。预定区域是通过将图像帧划分为16、24、32块等获得的区域，但不限于此。例如，一个或四个像素(光接收元件)可被设置为一个区域。光强度例如由值0至255指示。注意，如稍后将描述的，光强度计算单元50可计算照射廓线中的空间光强度，使得例如在以测距模式进行照射的情况下，接收光辉度廓线光强度越高的区域，照射光的光强度越低。此外，光强度计算单元50可计算照射廓线中的空间光强度，使得在以测距模式进行照射的情况下，接收光辉度廓线的光强度越低的区域，照射光的光强度越高。光强度计算单元50将有关所计算的光强度的数据传输至控制信号生成单元。

测距处理单元60是在测距模式中基于由照射单元20射出的脉冲光和由光接收单元30接收的观测光计算到物体OBJ的距离(测量距离)的组件。测距处理单元60通常由信号处理处理器构成。在本公开中，测距处理单元60被构成为基于由光接收单元30与由照射单元20射出的具有不同相位的脉冲光(多相位脉冲光)相对应地接收并且累积每个相位的电荷，计算距离。测距处理单元60向通信IF单元70发送关于在测距处理中计算出的距物体的距离的数据。

通信IF部70将表示由测距处理单元60计算出的距离的信息发送到主机设备等外部设备。

图2A和图2B是示出根据本技术的实施方式的照射单元的构成的实例的示图。如上所述，照射单元20包括射出具有第一波长的第一光的第一光源201和射出具有第二波长的第二光的第二光源202。如图2A所示，第一光源201可包括布置成二维阵列的多个第一发光元件201a。第二光源202可包括布置成二维阵列的多个第二发光元件202a。如后面描述的，第一光源201射出具有比第二光源202更小的光能量的光。通过使用这种第一光源201进行照射，可确保人眼的安全性。例如，第一光是波长在大约800nm至2500nm范围内的近红外光，而第二光是在大约800nm至1000nm范围内的近红外光。在本公开中，假设第一光的波长是约1000nm，而第二光的波长是约940nm。

此外，如稍后描述的，例如，如图2B中所示，照射单元20可仅包括第一光源201。如在同一附图中示出的，第一光源201可包括以二维阵列布置的多个第一发光元件201a。此时，照射单元20以如下两种射出模式从第一光源201射出光：廓线生成模式，用于生成指示对象空间的每个区域的光强度的接收光辉度廓线；以及测距模式，用于测量到对象物体OBJ的距离。

图3是示出了根据本技术的实施方式的光接收单元的构成的实例的示图。如同一图所示，例如，光接收单元30包括像素阵列单元32、垂直驱动单元33、水平驱动单元34和列处理单元35。光接收单元30在控制单元10(参见图1)的控制下被驱动。

像素阵列单元32包括布置成阵列的光电转换元件组，所述光电转换元件组根据入射光的强度产生并存储电荷。嵌入式光电二极管是光电转换元件的一方面。多个光电转换元件中的每一个或一些可以构成一个像素。在同一附图中，像素阵列单元32的上-下方向被定义为列方向或垂直方向，并且左-右方向被定义为行方向或水平方向。

垂直驱动单元33包括移位寄存器、地址解码器(未示出)等。在控制单元10的控制下，例如，垂直驱动单元33以行为单位在垂直方向上按顺序驱动像素阵列单元32的像素组。在本公开中，垂直驱动单元33可以包括执行用于读取信号的扫描的读取扫描电路332和执行扫描以从光电转换元件扫除(重置)不必要的电荷的扫除扫描电路334。

为了从每个像素读取基于电荷的信号，读取扫描电路332以行为单位顺序地执行像素阵列单元32的像素组的选择性扫描。

扫除扫描电路334在读取操作之前以对应于电子快门的操作速度的时间对由读取扫描电路332对其执行读取操作的读取行执行扫除扫描。通过由扫除扫描电路334扫描(重置)不必要的电荷，执行所谓的电子快门操作。电子快门操作是指清除光电转换元件的电荷并新开始曝光(电荷累积)的操作。

基于由读取扫描电路332的读取操作读取的电荷的信号对应于在紧接在前的读取操作或电子快门操作之后入射的光能的大小。然后，从通过紧接在前的读取操作的读取定时或者通过电子快门操作的清扫操作定时到通过当前读取操作的读取定时的时间段是像素中的电荷累积时间。

水平驱动单元34包括移位寄存器、地址解码器(未示出)等。在控制单元10的控制下，例如，水平驱动单元34以列为单位在水平方向上依次驱动像素阵列单元32的像素组。通过由垂直驱动单元33和水平驱动单元34选择性驱动像素，将基于所选择的像素中累积的电荷的信号输出至列处理单元35。

例如，列处理单元35对从像素阵列单元32的所选行中的每个像素组输出的信号执行诸如相关双采样(CDS)的特定处理。具体地，列处理单元35接收从所选择的行中的每个像素组输出的差分信号，并且获得由差分信号指示的电平(电位)差，以获得针对一行的每个像素的信号。此外，列处理单元35可以从所获取的信号中去除固定模式噪声。列处理单元35通过A/D转换单元(未示出)将经受这种预定处理的信号转换成数字信号，并且输出数字信号作为像素数据。像素数据被临时存储在存储单元40中并将被参考。

图4是示出了用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置中的光接收单元的操作原理的时序图的实例的示图。即，如图中所示，利用由照射单元20射出的具有脉冲宽度T的脉冲光照射物体OBJ，并且在延迟时间Td之后在光接收单元30中被观测为反射光。

每个光接收元件具有一对门，通过交替地将脉冲信号施加至该对门中的每个门来交替地打开门，并且将在光接收元件中生成的电荷QA和QB传输至每个电荷累积单元(未示出)。在每个光接收元件的每个电荷累积单元中累积的电荷QA和QB被转换为电压变化量并且作为电信号读出至外部。

在如上所述构成的光接收单元30中，在控制单元10的控制下，根据来自控制信号生成单元的控制信号，通过垂直驱动单元33和水平驱动单元34的协作操作，使多个行的光接收元件组依次有效，并且从光接收元件组读出累积的电荷作为电信号(像素数据)并且输出到存储单元40。在本公开中，基于累积电荷的电信号用于在廓线生成模式中由光强度计算单元50计算光强度(例如，辉度值)，并且用于在测距模式中由测距处理单元60计算距离。

此外，在本公开中，如上所述，距离测定装置1对应于四个脉冲光执行四次电荷累积和电荷读出。图5是示出用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置中按照多相脉冲的光接收单元的操作原理的时序图的实例的示图。即，在控制单元10的控制下，照射单元20将具有不同相位(诸如0度、90度、180度和270度)的脉冲光(多相脉冲光)射出到如图中所示的对象空间。在控制单元10的控制下，光接收单元30收集相对于以这种方式相位偏移的情况下射出的脉冲光的反射光，并且针对每个相位根据接收光的量累积电荷。注意，照射单元20在廓线生成模式中从第一光源201射出具有均匀空间光强度(第一照射廓线)的多相脉冲光作为第一光，并且在测距模式中从第二光源202射出具有根据由照射廓线生成单元504生成的照射廓线(第二照射廓线)的空间光强度的多相脉冲光作为第二光。

在廓线生成模式中，使用基于光接收单元30中在每个相位中的观测光的累积电荷量来计算使用多相脉冲光接收的光的强度。即，在从照射单元20的第一光源201射出的脉冲光的相位与由光接收单元30接收的对应于该脉冲光的观测光的相位之间的差被假定为相位差

的情况下，光强度的分量x和分量y满足以下关系。

在此，Q0、Q90、Q270、以及Q180是在每个相位中的累积电荷量(Q＝QA—QB)。

因此，如图6所示，光强度(辉度值)I表示如下。

从光源至对象物体OBJ的距离的接近度或远离度以及对象物体OBJ的反射率的大小与光接收单元30中的电荷累积量的大小相关，并且因此可以表示为光强度。

另一方面，在测距模式中，使用从照射单元20的第二光源202射出的脉冲光的相位与由光接收单元30接收的对应于该脉冲光的观测光的相位之间的相位差

计算距离D。即，从照射单元20的光源到物体OBJ的距离D表示如下。

D＝(1/2)×c×Δt 表达式4

在此，c是光速。

此外，如下计算Δt，其中，将从照射单元20的第二光源202射出的脉冲光的相位与由光接收单元30接收的对应于脉冲光的观测光的相位之间的差定义为相位差

这里，相位差

表示如下。

因此，如下计算从照射单元20到物体OBJ的距离D。

图7是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的光强度计算单元的构成的实例的框图。如图所示，光强度计算单元50可包括例如接收光辉度廓线生成单元501、平均化处理单元502、照射廓线生成单元504和照射光强度确定表503。

接收光辉度廓线生成单元501基于从存储单元40读取的像素数据，计算对象空间中的光强度。在本实例中，光强度计算单元50使用上述表达式3计算对应于对象空间的每个像素的辉度值作为光强度I。即，各像素的辉度值构成接收光光辉度廓线。接收光辉度廓线生成单元501将生成的接收光辉度廓线的数据输出到平均化处理单元502。

平均化处理单元502基于由接收光辉度廓线生成单元501生成的接收光辉度廓线，对接收光辉度廓线执行平均化处理。在本实例中，平均化处理单元502可使用多个像素作为一个像素块来计算形成预定区域的多个像素的辉度值的平均值作为像素块的辉度值。通过平均化处理，可以抑制距离测定装置1中后续运算处理的负荷。平均化处理单元502将平均后的数据输出到照射廓线生成单元504。平均化处理单元502可使用像素块中的特定像素的辉度值代替平均值。或者，也可以不在平均化处理部502中进行平均化处理，而根据接收光光辉度廓线生成后述的照射廓线。

例如，如图8所示，照射光强度确定表503是表示对象空间的辉度值与光的照射强度之间的关系的表。在该实例中，在照射光强度确定表503中，根据平均辉度值的预定范围将照射光强度分类为四个等级“0(无)”、“3(强)”、“2(中)”和“1(弱)”。即，在平均辉度值超过预定阈值的情况下(在该实例中，“10”)，随着平均辉度值较低(随着平均辉度值越高)，确定照射光强度较高。例如，在某个区域中的平均辉度值是0至10的情况下，选择“0”作为照射光强度。此外，在平均辉度值为10至63的情况下，选择“3”作为照射光强度。此外，在平均辉度值为64至127的情况下，选择“2”作为照射光强度，在平均辉度值为127至255的情况下，选择“1”作为照射光强度。照射光强度确定表503被照射廓线生成单元504参考。

返回图7，照射廓线生成单元504可以基于通过平均化处理单元502进行了平均化处理的接收光辉度廓线，通过参考照射光强度确定表503来生成照射廓线。照射廓线表示在测距模式中从第二光源202向对象空间射出的对应于每个像素的光的强度。照射廓线生成单元504处理接收光辉度廓线中的具有高辉度值的区域，使得光强度在该照射廓线中减小。此外，照射廓线生成单元504处理接收光辉度廓线中具有低辉度值的区域，以使得该照射廓线中的光强度增加。利用该布置，距离测定装置1可以用弱光强度照射对象空间中具有低辉度值的区域，并且可以用强光强度照射具有高辉度值的区域。照射廓线生成单元504将生成的照射廓线的数据输出到控制单元10的控制信号生成单元(未示出)。在本公开中，描述了基于照射光强度确定表503生成照射廓线的实例，但是本公开不限于此。例如，可以根据预定规则通过反转接收光辉度廓线来生成照射廓线。

图9A是用于描述根据本技术的实施方式的距离测定装置在测距过程中的操作的实例的流程图。

如图所示，在距离测定装置1中，控制单元10将射出模式设置为廓线生成模式，并且通过该布置，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第一光源201的具有均匀空间光强度的第一光照射对象空间，例如，如图10(a)的所示(S901)。响应于该操作，光接收单元30从用第一光照射的对象物体接收反射光(S902)，并基于反射光输出像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

接下来，光强度计算单元50计算与对象空间对应的每个像素的辉度值并生成接收光辉度廓线(S903)。如图10的(b)所示，接收光辉度廓线是用于构成图像帧的每个像素的辉度值。随后，光强度计算单元50基于接收光辉度廓线执行平均化处理，并产生例如如图10的(c)所示的平均接收光辉度廓线(S904)。平均接收光辉度廓线是通过对图像帧进行划分而获得的每个预定区域中的像素组的辉度值的平均值。即，在同一图的(c)中所示的平均接收光辉度廓线的实例中，表示计算各个预定区域的平均辉度值，使得左端的包括人物状特征的三个区域的平均辉度值最高，接着是包括建筑物状特征的四个区域和建筑物状特征上方的两个区域的平均辉度值。

接下来，光强度计算单元50根据平均接收光辉度廓线生成如图10的(d)所示的照射廓线(S905)。如上所述，照射廓线是这样的廓线：其中，在平均接收光辉度廓线中的平均辉度值超过预定阈值的区域之中，具有较高平均辉度值的区域指示较弱的光强度值，具有较低平均辉度值的区域指示较强的光强度值。即，同一附图的(d)中示出的照射廓线的实例指示包括人物状特征的左边三个区域的光强度低于包括建筑物状特征的四个区域的光强度。应注意，关于建筑状特征上方的两个区域，因为平均辉度值不超过预定阈值，所以光强度被设置为“0”。

在生成照射廓线的情况下，控制单元10将射出模式切换到测距模式，并且，利用该布置，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第二光源202的根据照射廓线的第二光执行照射(S906)。即，距离测定装置1利用弱光强度照射具有高辉度值的区域，并且利用强光强度照射在接收光辉度廓线中具有低辉度值的区域。注意，根据产生的照射廓线，照射单元20的第二光源202可将光斑形状的第二光射出到详细区域。响应于该操作，光接收单元30接收来自用第二光照射的对象物体的反射光(S907)，并且基于反射光输出像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

随后，测距处理单元60基于存储在存储单元40中的像素数据执行测距处理(S908)。如上所述，测距处理单元60根据表达式7计算从照射单元20到物体OBJ的距离。

控制单元10确定测距处理是否已完成(S909)。在确定测距处理结束的情况下(S909中的“是”)，控制单元10结束测距处理。此外，在确定测距处理未完成的情况下(S909中的“否”)，距离测定装置1返回至S901的处理。

如上所述，距离测定装置1可以用弱光强度照射对象空间中具有高辉度值的区域，并且用强光强度照射具有低辉度值的区域。利用该布置，距离测定装置1可以安全地测量到具有高辉度值(例如，位于短距离处)的对象物体OBJ的距离。此外，距离测定装置1可以测量到具有低辉度值(例如，位于远距离处)的对象物体OBJ的距离，而不降低测距精度。

要注意的是，与在图9B中所示的实例中一样，在基于第二光的测距处理之前，不总是射出具有均匀的空间光强度的第一光。例如，如图9B所示，在第一光被射出一次以创建照射廓线之后，可根据照射廓线用第二光多次执行测距过程。利用该布置，可以省略通过第一光源201射出第一光的处理和通过光接收单元30接收来自用第一光照射的对象物体的反射光的处理，并且可以更高效地执行测距处理。

[第二实施例]

本实施例涉及距离测定装置1的测距处理的变形例。在第一实施例中，照射单元20被构成为从第一光源射出具有均匀空间光强度的第一光，并且从第二光源射出具有根据照射廓线的空间光强度的第二光。另一方面，在本实施方式中，照射单元20被构成为从第一光源201射出第一光和第二光两者。

图2B是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的照射单元的构成的实例的示图。本实施例的照射单元20与图2A所示的照射单元20的不同之处在于，不包括第二光源202而仅包括第一光源201。在附图中，与图2A中示出的组件相同的组件由相同的参考标号表示。

在本实施例中，在用于生成指示针对对象空间的每个区域的光强度的接收光辉度廓线的廓线生成模式中，照射单元20从第一光源201射出具有均匀空间光强度的第一光，并且在用于测量到对象物体OBJ的距离的测距模式中，从第一光源射出具有根据照射廓线的空间光强度的第二光。因为第一光和第二光都从第一光源射出，所以第一光和第二光具有相同的波长。例如，第一光和第二光是在约800nm至1000nm的波长范围内的近红外光。在本公开中，假设第一光和第二光的波长为约940nm。

此外，将参考图9A描述根据本实施方式的距离测定装置进行的测距处理的操作的实例。如图所示，在距离测定装置1中，控制单元10将射出模式设定为廓线生成模式，并且通过该布置，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第一光源201的具有均匀空间光强度的第一光照射对象空间(S901)。响应于该操作，光接收单元30接收来自用第一光照射的对象物体的反射光(S902)，并基于反射光输出像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

接下来，光强度计算单元50计算与对象空间对应的每个像素的辉度值并生成接收光辉度廓线(S903)。接收光辉度廓线是用于构成图像帧的每个像素的辉度值。随后，光强度计算单元50基于接收光辉度廓线执行平均化处理，以生成平均接收光辉度廓线(S904)。

接下来，光强度计算单元50根据平均接收光辉度廓线生成照射廓线(S905)。在产生照射廓线的情况下，控制单元10将射出模式切换到测距模式。这里，在本实施例中，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第一光源201的根据照射廓线的第二光进行照射(S906)。即，在本实施例中，使用第一光源201，距离测定装置1以弱光强度照射在接收光辉度廓线中具有高辉度值的区域，并且以强光强度照射具有低辉度值的区域。注意，根据产生的照射廓线，照射单元20的第一光源201可将光斑形状的第二光射出到详细区域。响应于该操作，光接收单元30接收来自用第二光照射的对象物体的反射光(S907)，并且基于反射光输出像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

随后，测距处理单元60基于存储在存储单元40中的像素数据执行测距处理(S908)。如上所述，测距处理单元60根据表达式7计算从照射单元20到物体OBJ的距离。

控制单元10确定测距处理是否已完成(S909)。在确定测距处理结束的情况下(S909中的“是”)，控制单元10结束测距处理。此外，在确定测距处理未完成的情况下(S909中的“否”)，距离测定装置1返回至S901的处理。

如上所述，本实施例的距离测定装置1可以仅使用一个光源以弱光强度照射对象空间中具有高辉度值的区域并且以强光强度照射具有低辉度值的区域。利用该布置，距离测定装置1可以在减少成本的同时安全地测量到具有高辉度值(例如，位于短距离处)的对象物体OBJ的距离。此外，距离测定装置1可以测量到具有低辉度值(例如，位于长距离处)的对象物体OBJ的距离，而不降低测距精度。

要注意的是，与在图9B中所示的实例中一样，在基于第二光的测距处理之前，不总是射出具有均匀的空间光强度的第一光。例如，如图9B所示，在第一光被射出一次以创建照射廓线之后，可根据照射廓线用第二光多次执行测距过程。结果，可以省略射出第一光的过程和由光接收单元30接收来自被第一光照射的对象物体的反射光的过程，并且可以更高效地执行测距过程。

[第三实施例]

本实施例涉及距离测定装置1的测距处理的变形例。在第一实施例中，距离测定装置1被构成为生成固定的对象物体OBJ的接收光辉度廓线和照射廓线，并且基于照射廓线射出第二光，但是在本实施例中，距离测定装置1被构成为预测包括动态对象物体OBJ的对象空间的最佳照射廓线并且根据预测的照射廓线射出第二光。

图11是示出根据本技术的实施方式的距离测定装置的光强度计算单元的另一构成的实例的框图。本实施方式的光强度计算单元50’与在图7中所示的光强度计算单元50的不同之处在于，该光强度计算单元被构成为包括接收光辉度廓线存储单元511和预测接收光辉度廓线生成单元512。在图中，与在图7中示出的那些相同的部件由相同的参考标号表示，并且以下将省略其详细描述。

参照附图，如上所述，接收光辉度廓线生成单元501基于从存储单元40读取的像素数据，基于对应于对象空间的每个像素的辉度值，生成光接收辉度廓线。所生成的接收光辉度廓线被输出到接收光辉度廓线存储单元511，并且还被输出到预测接收光辉度廓线生成单元512。

接收光辉度廓线存储单元511临时存储由接收光辉度廓线生成单元501生成的接收光辉度廓线。例如，在下一图像帧的定时，由预测接收光辉度廓线生成单元512读取临时存储的接收光辉度廓线。

预测接收光辉度廓线生成单元512根据当前和过去的接收光辉度廓线生成预测接收光辉度廓线。具体而言，预测接收光辉度廓线生成单元512基于从接收光辉度廓线生成单元501输出的与当前图像帧对应的接收光辉度廓线和临时存储在接收光辉度廓线存储单元511中的与过去的图像帧对应的接收光辉度廓线，生成与下一图像帧对应的预测接收光辉度廓线。即，针对由接收光辉度廓线中的某一组辉度值识别的对象物体OBJ，预测接收光辉度廓线生成单元512通过指定相对于时间变化的位置变化来预测对象物体OBJ的移动，并生成预测接收光辉度廓线。

平均化处理单元502对由预测接收光辉度廓线生成单元512预测和生成的预测接收光辉度廓线执行平均化处理。照射廓线生成单元504参考照射光强度确定表503，并基于平均的预测接收光辉度廓线生成照射廓线。即，在本例中，从照射廓线生成单元504输出的照射廓线是针对对象空间的预测照射廓线。通过该布置，照射单元20的第二光源202在控制单元10的控制下射出根据照射廓线的第二光。

应注意，在本实例中，光强度计算单元50’被构成为生成预测的接收光辉度廓线，然后对预测的接收光辉度廓线执行平均化处理，但本发明不限于此。例如，光强度计算单元50’可被构成为临时存储通过对接收光辉度廓线进行平均而获得的平均接收光辉度廓线，并基于当前和过去的平均接收光辉度廓线生成预测的接收光辉度廓线。在这种情况下，适当地设置每个预定区域的尺寸，使得可以识别对象物体OBJ。

图13是用于描述根据本技术的实施方式的包括移动物体预测的测距处理的实例的流程图。

如图所示，在距离测定装置1中，控制单元10将射出模式设置为廓线生成模式，并且通过该布置，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第一光源201的第一光照射对象空间，该第一光具有均匀的空间光强度(S1301)。响应于该操作，光接收单元30接收来自第一光照射的物体物的反射光(S1302)，输出基于该反射光的像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

接着，光强度计算单元50’计算与对象空间对应的各像素的辉度值，生成接收光光辉度廓线(S1303)。如图12的(b)所示，接收光辉度廓线是构成图像帧的每个像素的辉度值。所生成的接收光辉度廓线被输出到接收光辉度廓线存储单元511并被临时存储，并且被输出到预测接收光辉度廓线生成单元512。

接下来，光强度计算单元50’根据当前和过去的接收光辉度廓线生成预测的接收光辉度廓线(S1304)。具体而言，例如，光强度计算单元50’基于与当前图像帧对应的如图12的(b)所示的接收光辉度廓线以及与临时存储在预测接收光辉度廓线生成单元512中的接收光辉度廓线存储单元511中的过去图像帧对应的如图12的(a)所示的接收光辉度廓线，生成与下一图像帧对应的如图12的(c)所示的预测接收光辉度廓线。

接着，光强度计算单元50’根据预测的接收光光辉度廓线进行平均化处理，生成平均接收光光辉度廓线(S1305)。

接下来，光强度计算单元50’根据所生成的平均接收光辉度廓线生成如图12的(f)所示的照射廓线(S1306)。如上所述，照射廓线是这样的廓线：其中，在平均接收光辉度廓线中的平均辉度值超过预定阈值的区域之中，具有较高平均辉度值的区域指示较弱的光强度值，具有较低平均辉度值的区域指示较强的光强度值。

在生成照射廓线的情况下，控制单元10将射出模式切换到测距模式，并且，利用该布置，照射单元20在控制单元10的控制下利用来自第二光源202的根据照射廓线的第二光进行照射(S1307)。即，距离测定装置1用弱光强度照射接收光辉度廓线中具有高辉度值的区域，并且用强光强度照射具有低辉度值的区域。注意，根据产生的照射廓线，照射单元20的第二光源202可将光斑形状的第二光射出到详细区域。响应于该操作，光接收单元30接收来自第二光照射的对象物体的反射光(S1308)，输出基于该反射光的像素数据。将从光接收单元30输出的像素数据临时存储在存储单元40中。

随后，测距处理单元60基于存储在存储单元40中的像素数据执行测距处理(S1309)。如上所述，测距处理单元60根据表达式7计算从照射单元20到物体OBJ的距离。

控制单元10判断测距处理是否结束(S1310)。在判定测距处理已经结束的情况下(S1310的“是”)，控制单元10结束测距处理。此外，在确定测距处理未完成的情况下(S1310中“否”)，距离测定装置1返回S1301的处理。

注意，在基于第二光的测距处理之前，并不总是射出具有均匀空间光强度的第一光。例如，在第一光被射出一次以创建照射廓线之后，可用根据照射廓线的第二光多次执行测距过程。利用该布置，可以省略通过第一光源201射出第一光的处理和通过光接收单元30接收来自用第一光照射的对象物体的反射光的处理，并且可以更高效地执行测距处理。

根据本实施例，不仅对于固定的对象物体OBJ而且对于包括动态对象物体OBJ的对象空间可以预测最佳照射廓线，并且用根据预测的照射廓线的第二光执行照射以执行测距。

上述各实施方式是用于描述本技术的实例，并不旨在将本技术仅限于这些实施方式。在不背离本技术的要旨的情况下，本技术可以以各种形式实施。

例如，在本文公开的方法中，步骤、操作或功能可以并行执行或者以不同的顺序执行，只要在结果中不存在不一致性即可。所描述的步骤、操作和功能仅作为示例提供。此外，在不脱离本发明的要旨的情况下，可以省略步骤、操作和功能中的一些或将它们彼此组合以形成一个，或者可以添加其他步骤、操作或功能。

此外，虽然本文公开了各种实施方式，但是在一个实施方式中的某些特征(技术事项)在适当地改进的同时可以在另一个实施方式中被添加到某些特征或用某些特征替换，并且这种形式也包括在本技术的主旨中。

此外，本技术可被构成为包括以下技术事项。

(1)

一种距离测定装置，其特征在于，包括：

照射单元，其向对象空间射出光；

光接收单元，其接收上述对象空间内的观测光，具有输出电信号的多个光接收元件；

光强度计算单元，其根据第一电信号来计算该对象空间的光强度，该第一电信号与从上述照射单元射出的被上述光接收单元接收到的上述观测光中包含的第一光照射的物体的反射光相对应；以及

测距处理单元，其进行测距处理，该测距处理用于根据与来自被上述光接收单元接收到的上述观测光中包含的第二光照射的上述物体的反射光相当的第二电信号，计算距上述物体的距离，上述第二光根据由上述光强度计算单元计算出的光强度从上述照射单元射出。

(2)

根据以上(1)所述的距离测定装置，其中，

从所述照射单元射出的所述第一光是具有朝向所述对象空间的均匀空间光强度的光。

(3)

根据上述(1)或(2)所述的距离测定装置，其中，第一光是红外线光。

(4)

根据上述(1)至(3)所述的距离测定装置，其中，第二光的波长短于第一光的波长。

(5)

根据以上(1)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元基于所述第一电信号计算辉度值作为所述光强度。

(6)

根据以上(1)或(5)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元根据所述第一电信号生成所述对象空间的接收光光辉度廓线。

(7)

根据以上(5)或(6)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元基于所生成的接收光辉度廓线，生成与所述对象空间中的所述第二光的空间光强度有关的照射廓线，以及

所述照射单元根据所生成的照射廓线射出所述第二光。

(8)

根据以上(5)至(7)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元计算所述照射廓线中的光强度，使得所述第二光的光强度在所述接收光辉度廓线中具有较高光强度的区域中减小。

(9)

根据以上(5)至(7)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元计算所述照射廓线中的光强度，使得所述第二光的光强度在所述接收光辉度廓线中的光强度较低的区域中增加。

(10)

根据以上(5)至(7)所述的距离测定装置，其中，

光强度计算单元计算接收光辉度廓线中的每个区域的光强度的平均值，并基于平均值生成照射廓线。

(11)

根据以上(5)至(10)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元将所述照射廓线中的光强度设置为预定值，以便不将所述第二光照射到所计算的平均值不超过预定阈值的区域。

(12)

根据以上(5)至(11)所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元根据所述接收光光辉度廓线计算朝向所述对象空间的所述物体的光强度。

(13)

根据以上(2)或(9)所述的距离测定装置，其中，

所述照射单元根据所计算的所述物体的光强度以光斑形状射出所述第二光。

(14)

根据以上(1)或(5)至(12)所述的距离测定装置，其中，

交替地重复由光强度计算单元计算光强度和由测距处理单元进行测距处理。

(15)

根据以上(1)或(5)至(12)所述的距离测定装置，其中，

上述光强度计算单元预测被上述第一光照射的物体物的移动，计算向上述对象空间的光强度。

(16)

一种距离测定方法，其特征在于，包括：

从照射单元向对象空间射出光；

光接收单元接收对象空间的观测光并输出电信号；

根据与来自被上述光接收单元接收到的观测光中包含的第一光照射的物体的反射光对应的第一电信号来计算上述对象空间的光强度，上述第一光从上述照射单元射出；以及

以及测距处理，该测距处理用于基于计算出的光强度来计算距被检体的距离，该第二电信号对应于来自被上述光接收单元接收到的观测光所包含的第二光照射的上述被检体的反射光，上述第二光从上述照射单元射出。

参考符号列表

1 距离测定装置

10 控制单元

20 照射单元

201 第一光源

201a 第一发光元件

202 第二光源

202a 第二发光元件

30 光接收单元

32 像素阵列单元

33 垂直驱动单元

332 读取扫描电路

334 扫除扫描电路

34 水平驱动单元

35 列处理单元

40 存储单元

50 光强度计算单元

501 接收光辉度廓线生成单元

502 平均化处理单元

503 照射光强度确定表

504 照射廓线生成单元

511 接收光辉度廓线存储单元

512 预测接收光辉度廓线生成单元

60 测距处理单元

70 通信IF单元。

Claims (16)

1.一种距离测定装置，包括：

照射单元，被配置为向对象空间射出光；

光接收单元，被配置为接收所述对象空间中的观测光，并且所述光接收单元包括输出电信号的多个光接收元件；

光强度计算单元，被配置为根据第一电信号计算所述对象空间中的光强度，其中，所述第一电信号与所述光接收单元接收到的所述观测光中包含的来自第一光所照射的物体的反射光对应，所述第一光从所述照射单元射出；以及

测距处理单元，被配置为执行测距处理，用于根据第二电信号计算距所述物体的距离，其中，所述第二电信号与所述光接收单元接收到的所述观测光中包含的来自第二光照射的所述物体的反射光对应，基于由所述光强度计算单元计算出的光强度的所述第二光从所述照射单元射出。

2.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

从所述照射单元射出的所述第一光是具有朝向所述对象空间的均匀空间光强度的光。

3.根据权利要求2所述的距离测定装置，其中，

所述第一光是红外线光。

4.根据权利要求3所述的距离测定装置，其中，

所述第二光的波长比所述第一光的波长短。

5.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元基于所述第一电信号计算辉度值作为所述光强度。

6.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元根据所述第一电信号生成所述对象空间的接收光辉度廓线。

7.根据权利要求6所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元基于所生成的接收光辉度廓线，生成所述第二光的与所述对象空间中的空间光强度有关的照射廓线，以及

所述照射单元根据所生成的照射廓线射出所述第二光。

8.根据权利要求7所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元计算所述照射廓线中的光强度，使得在所述接收光辉度廓线中光强度越高的区域，所述第二光的光强度越小。

9.根据权利要求7所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元计算所述照射廓线中的光强度，使得在所述接收光辉度廓线中光强度越低的区域，所述第二光的光强度越大。

10.根据权利要求7所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元针对所述接收光辉度廓线中的每个区域计算所述光强度的平均值，并且基于所述平均值生成所述照射廓线。

11.根据权利要求10所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元将所述照射廓线中的光强度设置为预定值，以便不向所计算的平均值不超过预定阈值的区域照射所述第二光。

12.根据权利要求7所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元根据所述接收光光辉度廓线计算所述对象空间中的针对所述物体的光强度。

13.根据权利要求9所述的距离测定装置，其中，

所述照射单元根据所计算的针对所述物体的光强度以光斑形状射出所述第二光。

14.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

交替地重复由所述光强度计算单元计算所述光强度和由所述测距处理单元进行所述测距处理。

15.根据权利要求1所述的距离测定装置，其中，

所述光强度计算单元预测被所述第一光照射的物体的移动，并且计算所述对象空间中的光强度。

16.一种距离测定方法，包括：

从照射单元向对象空间射出光；

光接收单元接收所述对象空间的观测光并输出电信号；

根据第一电信号计算所述对象空间中的光强度，其中，所述第一电信号与所述光接收单元接收到的所述观测光中包含的来自第一光所照射的物体的反射光对应，所述第一光从所述照射单元射出；以及

执行测距处理，用于根据第二电信号计算距所述物体的距离，其中，所述第二电信号与所述光接收单元接收到的所述观测光中包含的来自第二光照射的所述物体的反射光对应，基于计算出的所述光强度的所述第二光从所述照射单元射出。

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