CN115735132A - 窗户和镜子存在检测系统以及对应的方法 - Google Patents

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CN115735132A CN202180046487.5A CN202180046487A CN115735132A CN 115735132 A CN115735132 A CN 115735132A CN 202180046487 A CN202180046487 A CN 202180046487A CN 115735132 A CN115735132 A CN 115735132A
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Abstract

公开了一种被配置为检测窗户(130)或镜子(330)的存在的存在检测系统(700)。该系统包括飞行时间传感器(110，310，610)，其被配置为基于从多个区域(620a‑i)感测的反射辐射来检测对目标(105，305，605)的接近度。该系统还公开了处理电路(750)，该处理电路被配置为基于对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值来确定从飞行时间传感器到目标的路径中镜子或窗户的存在。还公开了使用所公开的系统检测窗户或镜子的存在的对应方法。

Description

窗户和镜子存在检测系统以及对应的方法
技术领域
本公开属于存在检测系统、具体是包括飞行时间传感器的存在检测系统的领域。
背景技术
成像设备，例如在蜂窝电话上实现的相机，通常具有可调节的焦点，以允许对距成像设备一定距离的目标进行成像。
在一些情况下，可以手动调节成像设备的焦点。然而，这种手动调节通常很慢，并且所选焦点的精度可能受到例如用户能力的限制。
更一般地，现代成像设备倾向于实现自动聚焦功能。例如，一些成像设备可以实现对比度检测自动聚焦(CDAF)系统。CDAF系统通常评估从多个不同焦点接收的图像的对比度，并迭代调节聚焦部件，例如透镜位置，直到接收到具有期望对比度的图像。这种系统虽然可能比手动聚焦更准确，但在确定最佳焦点时可能相对较慢。
最近，成像设备已经实现为具有接近度传感器，用于提供到要成像的目标的距离的指示。这种指示可以用于调节成像设备的焦点，并且可以比CDAF系统或手动聚焦更快和更准确。
采用接近度传感器来确定到目标的距离并相应地调节焦点的系统可以被称为激光自动聚焦(LAF)或激光检测自动聚焦(LDAF)系统。虽然这种LAF/LDAF系统可以提供快速和准确的聚焦，但是当诸如镜子的反射表面或者诸如窗户的部分反射表面位于接近度传感器和要感测的目标之间的路径中时，接近度传感器可能容易出错。这种错误可能导致成像设备的不正确聚焦。
因此，希望能够提供准确、可靠和快速地确定目标与成像设备的接近度以用于自动聚焦应用的部件，其中成像设备的使用情况可以包括在成像设备和要成像的目标之间的路径中的镜子或窗户。
因此，本公开的至少一个方面的至少一个实施例的目的是消除或至少减轻现有技术的至少一个上述缺点。
发明内容
本公开涉及一种用于自动聚焦成像设备(例如相机等)的存在检测系统。
根据本公开的第一方面，提供了一种被配置为检测窗户或镜子的存在的存在检测系统。该系统包括飞行时间传感器，其被配置为基于从多个区域感测到的反射辐射来检测对目标的接近度。
该系统还包括处理电路，该处理电路被配置为基于对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值来确定从飞行时间传感器到目标的路径中镜子或窗户的存在。
有利地，通过检测窗户或镜子的存在，该系统可以适合用于成像设备(例如相机)中，以在窗户或镜子使用情况下提供可靠、准确和快速的自动聚焦功能。
有利地，通过基于飞行时间数据来确定焦深，可以比现有技术的自动聚焦系统更快地进行确定，这就是为什么可以依赖于对多个图像数据的迭代后处理来确定正确的焦深。
有利地，存在检测系统的操作速度可以至少部分地由处理电路的能力(例如处理电路的计算效率或速度)来限定。这样，所公开的系统的速度可以容易地适应或缩放到特定的应用，该应用可以相应地优先考虑操作速度和/或功率约束。
飞行时间传感器可以包括一个或多个辐射发射器。辐射发射器可以是激光器，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。飞行时间传感器可以包括辐射传感器，该辐射传感器被配置为感测波长对应于由辐射发射器发射的辐射的波长的辐射。辐射传感器可以包括单光子雪崩二极管(SPAD)或SPAD的阵列。飞行时间传感器可以包括一个或多个时间转数字转换器(TDC)，其被配置为指示发射的辐射脉冲和一个或多个接收的辐射脉冲之间的时间。飞行时间传感器可以包括直方图块，该直方图块被配置为在直方图中累积来自一个或多个TDC的数据。处理电路可以被配置为基于直方图的评估生成指示飞行时间的输出信号。
多个区域可以包括区域阵列，例如2×2、3×3、4×4或者甚至更大的区域阵列。多个区域中的每个区域可以限定由飞行时间传感器感测的区或场。每个区或场可以是不同的，或者可以至少部分地重叠由至少一个相邻区域限定的区域的区或场。
飞行时间传感器在本领域中可以被称为“多区域传感器”、“多区域接近度传感器”、“多区域传感器”等。
存在检测系统可以是集成设备。例如，飞行时间传感器和处理电路，或者处理电路的至少一部分，可以被集成到封装、诸如多芯片模块的模块中，和/或被提供为单片器件，例如飞行时间传感器和处理电路可以被嵌入在同一晶粒上。
存在检测系统可以包括计算机系统。例如，飞行时间传感器可以耦合，例如可通信地耦合到计算机系统内的处理电路。
处理电路可以是主机设备。处理电路可以包括处理器。可以在第一印刷电路板(PCB)上提供处理电路。飞行时间传感器可以耦合到或安装在第一PCB上。可替换地，飞行时间传感器可以安装在第二PCB上，第二PCB可通信地耦合到第一PCB。
存在检测系统可以作为分布式系统来提供。也就是说，处理电路和/或储存器(例如与处理电路相关联的一个或多个存储器设备)的至少一部分，可以远离飞行时间传感器。例如，可以在一个或多个服务器和/或基于云的设备上提供处理电路的至少一部分。可以在远程控制台或客户端设备上提供处理电路的至少一部分。
本领域技术人员将会理解，术语“镜子”指的是通常的反射表面。具体地，这种表面将被理解为反射波长对应于飞行时间传感器发射的辐射的波长的辐射。术语镜子可以涉及实质上玻璃表面。术语镜子可以涉及金属表面、电介质表面或任何其他反射表面。镜子可以指具有反射涂层的玻璃表面。
类似地，本领域技术人员将会理解，术语“窗户”是指实质上透明但也部分反射的表面。具体地，这种表面将被理解为实质上透明，但是至少部分反射波长对应于飞行时间传感器发射的辐射的波长的辐射。术语窗户可以指玻璃表面。人眼通常认为该窗户对可见光是透明的。术语窗户可以指多个玻璃表面，例如双层或三层玻璃窗。
数据中的一个或多个峰值可以对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射。例如，可以对噪声进行平均、滤波和/或以其他方式平滑，以限定对应于阈值的水平。这样，数据中明显大于噪声水平的峰值或尖峰将超过阈值，因此容易被识别为峰值或尖峰。阈值可以对应于噪声水平的倍数。阈值可以对应于距噪声水平的偏移。处理电路可以被配置为确定噪声水平。
在一些情况下，数据可以包括一个或多个区域的每个中的多个峰值。例如，与单个区域相关联的数据可以包括两个或更多个峰值。多个峰值可以对应于反射光子的多个对象或目标。这样，飞行时间传感器和/或存在检测系统在本领域中可以被称为能够进行“多对象”检测。
该数据可以对应于作为距飞行时间传感器的距离的函数的感测到的光子的数量的分布。也就是说，数据可以被提供为或对应于作为时间的函数的感测到的光子的计数。由于光子的速度是已知的，例如可以假设为大约3×108ms-1，这样的时间直接对应于距离。数据可以以直方图的形式提供或存储。飞行时间传感器内的电路和/或处理电路可以被配置为将数据存储为直方图。飞行时间传感器可以将数据存储为直方图，或者以对应于直方图的格式存储，并且使数据可用于处理电路。
处理电路可以被配置为通过比较对应于多个区域中的至少两个区域的数据来确定镜子或窗户的存在。
处理电路可以被配置为将第一区域中确定的峰值(例如时间和/或对应的距离和/或幅度和/或宽度和/或形状)与第二区域中确定的峰值进行比较。
处理电路可以被配置为将在第一区域中的第一时间或距离处出现的确定的峰值与实质上对应于第二区域中的第一时间或距离的数据进行比较。例如，如下面更详细描述的，处理电路可以被配置为比较多个区域上的一个或多个峰值。处理电路可以被配置为在对应于第二区域中存在一个或多个峰值的时间或距离处识别第一区域中不存在一个或多个峰值。
如果该数据包括：在多个区域的第一区域中对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值和对应于距飞行时间传感器的第二距离的峰值；以及在多个区域的第二区域中实质上对应于第一距离的峰值和实质上对应于第二距离的峰值；并且第二距离比第一距离远；并且峰值不与来自盖玻璃的反射相关联；则处理电路可以确定对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值对应于来自镜子或窗户的反射。
有利的是，如果确定反射来自镜子或窗户，则可以使用数据中可以对应于目标的一个或多个后续峰值来限定成像设备的焦深。
例如，盖玻璃可以是飞行时间传感器的保护组件。盖玻璃可以是其中实现了存在检测系统的光学系统的组件。盖玻璃可以设置在距飞行时间传感器固定距离处。这样，处理电路可以容易地确定对应于固定距离的峰值是对应于盖玻璃的峰值。因此，处理电路可以自动拒绝对应于盖玻璃的峰。
附加地或替代地，一个或多个光学组件可以相对于飞行时间传感器设置在一个或多个固定距离处。例如，一个或多个透镜可以设置在飞行时间传感器和目标之间。这样，处理电路可以容易地确定对应于一个或多个固定距离的一个或多个峰值可以对应于一个或多个光学组件。
如果第二距离实质上是第一距离的两倍，则处理电路可以确定对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值对应于来自镜子的反射。
有利地，通过确定反射来自镜子，可以相应地调节实现所公开的存在检测系统的成像设备的焦点，以避免聚焦在镜子上，而是聚焦在目标上。
有利地，通过确定反射来自镜子，处理电路可以推断关于实现所公开的存在检测系统的成像设备的使用情况的信息。例如，处理电路或与成像设备相关联的另外的处理部件可以推断照片，例如成像设备的用户的照片，正由用户通过将成像设备朝向镜子来拍摄。成像设备然后可以相应地调节一个或多个设置，例如照明条件和/或图像增强设置和/或焦深。
如果对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值具有高于预定义阈值的幅度和/或以大于预定义阈值的堆积为特征，则处理电路可以确定对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值对应于来自镜子的反射。可替换地，处理电路可以在应用该峰值之前首先堆积校正直方图数据，例如针对堆积的影响校正数据。处理电路可以被配置为针对堆积的影响校正数据。
术语“堆积”可以被理解为是指由飞行时间传感器(特别是基于单光子雪崩检测器(SPAD)和TDC(时间转数字转换器)的飞行时间传感器)的限制引起的数据偏斜。在这种基于SPAD/TDC的传感器中，来自飞行时间传感器的辐射脉冲的较早的光子可能比较晚的光子更有可能触发TDC中的事件，较晚的光子可能更有可能在SPAD的死区时间期间到达传感器。在死区时间(例如SPAD的淬灭(quench)时间)到达的光子没有被检测到，导致数据偏斜。处理部件可以被配置为确定数据中是否存在这种偏斜。处理部件可以被配置为确定是否堆积校正该数据，例如针对堆积的影响校正数据。
预定义阈值可以由用户确定。预定义阈值可以存储在存在检测系统的存储器中。可以在存在检测系统的生产、校准和/或初始或后续编程期间确定预定义阈值。
如果第一峰值实质上比由另一预定义阈值限定的宽度更宽，则处理电路可以确定对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值对应于来自窗户的反射，并且该窗户包括多块玻璃。
有利地，可以响应于确定窗户包括多块玻璃来调节实现所公开的存在检测系统的成像设备的一个或多个特性或设置，例如焦深或照明条件。
处理电路可以被配置为确定多个区域中的哪个区域包括具有实质上对应于第一距离的最大幅度的峰值，并且指示所确定的区域可以是相对于窗户或镜子最接近垂直取向的区域。
有利地，通过确定相对于窗户或镜子最接近垂直取向的区域，可以确定存在检测系统相对于窗户或镜子和/或目标的取向。这种确定可以例如允许成像设备的更准确的配置，或者为图像的后处理提供信息。
如果该数据包括：幅度高于第一阈值的峰值，其对应于在多个区域的第一区域中距飞行时间传感器的相对较短的距离，该相对较短的距离由第二阈值限定；以及在多个区域的第二区域中实质上没有对应于距飞行时间传感器的相对较短距离的峰值；则处理电路可以确定飞行时间传感器设置在距窗户相对较短的距离处。
该相对较短的距离可以是，例如，在幅度上与从飞行时间传感器到盖玻璃的距离大致相当的距离。也就是说，相对较短的距离可以是大约一英寸或更小范围内的距离。相对较短的距离可以是1厘米或更小范围内的距离。相对较短的距离可以对应于从飞行时间传感器到其中实现了存在检测系统的设备的末端(例如外表面)的距离。
有益的是，通过确定飞行时间传感器设置在距窗户相对较短的距离处，可以确定与存在检测系统的使用情况有关的信息。例如，可以确定包括存在检测系统的相机正靠着窗户放置，以便拍摄设置在窗户相对侧上的目标。
处理电路可以被配置为确定数据中的一个或多个峰值是否与来自盖玻璃的反射相关联。
有益的是，处理电路可以被配置为忽略数据中对应于盖玻璃或者任何其他光学元件(例如可以相对于存在检测系统以固定距离设置的透镜)的峰值。这样，处理电路可以被配置为避免将实现存在检测系统的成像设备聚焦在盖玻璃或光学元件上。
处理电路可以被配置为将多个区域中的每个区域的数据存储在区间(bin)中，其中每个区间对应于作为距飞行时间传感器的距离的函数的感测到的光子的数量。
每个区间中的数据可以对应于反射光子在飞行时间传感器处的到达时间，其中到达时间直接对应于距飞行时间传感器的距离。
飞行时间传感器可以被配置为将多个区域中的每一个的数据存储在区间中，其中每个区间对应于作为距飞行时间传感器的距离的函数的感测到的光子的数量。
有益的是，在可以对应于数据的直方图的区间中提供数据可以简化处理电路对数据的分析。
根据本公开的第二方面，提供了一种装置，包括：具有可调焦点的成像系统，以及根据第一方面的包括飞行时间传感器的存在检测系统。
成像系统的焦点被配置为基于存在检测系统对从飞行时间传感器到目标的路径中存在镜子或窗户的确定来被调节以避免聚焦在窗户或镜子上。
这样，存在检测系统可以使得能够实现成像系统的自动聚焦功能。
该装置可以是以下之一：蜂窝电话；相机；或者视频记录设备；机器人设备；测量设备；游戏设备；或汽车设备。
根据本公开的第三方面，提供了一种检测窗户或镜子的存在的方法，该方法包括以下步骤：配置飞行时间传感器以提供对应于来自多个区域的感测到的反射辐射的数据；以及分析对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值，以确定窗户或镜子是否在从飞行时间传感器到目标的路径中。
以上发明内容旨在仅仅是示例性的而非限制性的。本公开包括单独或以各种组合的一个或多个对应的方面、实施例或特征，无论是否以该组合或单独具体陈述(包括要求保护)。应当理解，根据本公开的任何方面的在上面定义的特征或下面涉及本公开的任何具体实施例的特征可以在任何其他方面或实施例中单独地或与任何其他定义的特征组合地使用，或者形成本公开的另一方面或实施例。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的这些和其他方面，附图是：
图1a是实质垂直于窗户的成像设备的表示；
图1b是对应于来自图1a的成像设备的传感器的数据的直方图的示例；
图1c是图1b的直方图的放大部分；
图2a是相对于窗户成角度的成像设备的表示；
图2b是对应于来自图2a的成像设备的传感器的数据的直方图的示例；
图3a实质上垂直于镜子的成像设备的表示；
图3b是对应于来自图4a的成像设备的传感器的数据的直方图的示例；
图4a是相对于镜子成角度的成像设备的表示；
图4b是对应于来自图5a的成像设备的传感器的数据的直方图的示例；
图5a是靠着或靠近窗户放置的传感器的使用情况的照片；
图5b是对应于来自靠着窗户放置的成像设备的传感器的第一区域的数据的直方图的示例；
图5c是对应于来自靠着窗户放置的传感器的第二区域的数据的直方图的示例；
图6a是根据本公开实施例的包括具有可调焦点的成像系统和存在检测系统的装置的表示；
图6b是由图6a的装置的多区域传感器感测的区域的表示；
图7a是存在检测系统的框图；以及
图7b是封装的存在检测系统的图。
具体实施方式
图1a描绘了实质垂直于窗户130的成像设备115的表示。目标105设置在窗户130的与成像设备115相对的一侧。成像设备包括传感器110。在图1a的示例中，目标105是人。出于示例的目的，所描绘的成像设备115是蜂窝电话。应当理解，传感器110可以是例如相机等的另一成像设备或系统的组件。在一些实施例中，传感器110是具有可调焦点的系统的组件，例如允许对距成像设备一定距离范围内的目标进行成像。在图1a的示例中，成像设备115是包括相机120的蜂窝电话。
在图1的示例中，传感器110是飞行时间传感器。传感器110可以是直接飞行时间传感器。在一些实施例中，传感器110可以是间接飞行时间传感器。这样，传感器110被配置为基于从传感器110发射并从目标105反射的感测辐射125来检测对目标105的接近度。
飞行时间传感器110可以包括一个或多个辐射发射器。辐射发射器可以是激光器，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)。飞行时间传感器110可以被配置为感测具有与辐射发射器发射的辐射125的波长相对应的波长的辐射125。传感器110可以包括单光子雪崩二极管(SPAD)或SPAD的阵列。传感器110可以包括一个或多个时间转数字转换器，其被配置为指示发射的辐射脉冲和一个或多个接收的辐射脉冲125之间的时间。传感器110可以包括直方图块，该直方图块被配置为将来自一个或多个时间转数字转换器的数据累积在直方图中。处理电路可以被配置为基于直方图的评估生成指示飞行时间的输出信号，如参考图1b和1c更详细描述的。
传感器110可以被配置为感测从多个不同区域反射的辐射125。多个区域中的每个区域可以限定由传感器110感测的区或场。每个区或场可以是不同的，或者可以至少部分地重叠由至少一个相邻区域限定的区域的场的区。下面参照图6a至6c更详细地描述这种多区域传感器的操作。
图1a中还示出了设置在从传感器110到目标105的路径上的窗户130。窗户130对于辐射125至少部分透明。
这样，由传感器110发射的辐射125的至少一部分传播通过窗户130，并从目标105反射。然而，辐射125的至少一部分从窗户130本身反射。在一些情况下，辐射125的大部分被窗户130反射。这种反射可能至少部分是由于存在于窗户130上和/或窗户130中的污垢、碎屑和/或其他异常或伪影。窗户130可以包括至少部分反射辐射125的一种或多种材料。
图1a中描绘的辐射125被显示为窗户130和目标105之间的虚线，以及窗户130和传感器110之间的实线，因此指示从窗户130行进到传感器110的辐射包括从窗户130反射的辐射和从目标105反射的辐射两者。
图1a中的示例可以对应于用户操作成像设备115的相机120以通过窗户130拍摄目标105的照片的使用情况。
图1b描绘了对应于来自图1a的传感器110的数据的直方图150的示例。传感器110，例如飞行时间传感器，或者与传感器110相关联的处理电路，可以提供对应于作为时间的函数的感测到的光子的计数的数据。由于光子的速度是已知的，例如可以假设为大约3×108ms-1，这样的时间直接对应于距离。可以以对应于示例直方图150的格式或结构来提供或存储数据。传感器110内的电路和/或处理电路可以被配置为将数据存储为直方图150。传感器110可以将数据存储为直方图150，或者以对应于直方图的格式存储，并且可以使数据可用于处理电路。
直方图150中描绘的数据包括峰值155，其实质上对应于从窗户130反射的辐射。这样，传感器110可以用于确定窗户130对传感器的接近度。
描绘了图1b的直方图的放大部分的图1c清楚地显示了三个不同的峰值155、160、165。三个峰值155、160、165对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射。例如，可以对噪声进行平均、滤波和/或以其他方式平滑，以限定对应于阈值的水平。这样，数据中明显大于噪声水平的峰值或尖峰将超过阈值，因此可以容易地识别为峰值或尖峰。阈值可以对应于噪声水平的倍数。阈值可以对应于距噪声水平的偏移。处理电路可以被配置为确定噪声水平。在图1c的示例中，噪声水平在大约50到150个计数之间。这样，具有大约400个计数的幅度的第一峰值160在噪声水平上是清楚可区分的。类似地，具有大约400个计数的幅度的第三峰值165在噪声水平上是清楚可区分的。
在图1c的示例中，第一峰值160对应于盖玻璃。例如，盖玻璃可以是传感器110的保护组件。盖玻璃可以是例如成像设备115的其中实现传感器110的光学系统的组件。这样，因为盖玻璃被设置在距传感器110固定距离处，所以第一峰值160可以被容易地识别为对应于从盖玻璃反射的辐射。也就是说，处理电路可以从图1b和图1c的直方图200中描绘的数据容易地确定第一峰值160对应于盖玻璃，因为第一峰值160出现在对应于传感器110和盖玻璃之间的已知固定距离的时间处。
第二峰值155的幅度远大于第一峰值160或第三峰值165。第二峰值对应于从窗户反射的感测辐射。由于传感器110相对于窗户130的相对垂直取向，反射辐射包括反射镜面辐射的主要分量。反射辐射还可以包括漫射辐射(例如，由于例如窗户上或窗户中的上述杂质、伪影、污垢、灰尘等，更普遍地从窗户130反射的辐射)的分量。
第三峰值165在幅度上明显小于第二峰值160。第三峰值165对应于从目标105反射的感测辐射，例如，如图1a所示，目标105设置在窗户130的与传感器110相对的一侧。这样，通过确定窗户130存在于传感器110和目标105之间，传感器110能够确定目标105对传感器110的接近度，如下面更详细描述的。
图2a描绘了成像设备115相对于窗户130成一角度(例如不垂直)的表示。以类似于图1a的示例的方式，在这种情况下，从传感器110(例如飞行时间传感器)发射的辐射125b从窗户130和目标105反射回传感器110。
然而，与图1a的示例相对比，从窗户130反射的辐射125a的大部分没有入射到传感器110上。也就是说，传感器感测到的镜面辐射量显著减少。这是因为，考虑到辐射在窗户130上的入射角和辐射从窗户130的反射角，反射辐射1的大部分没有被导向传感器110。
传感器110检测到可能包括漫射辐射的辐射的一部分125b。这种漫射辐射可能至少部分是由于存在于窗户130上或窗户130中的污垢、碎屑和/或其他异常或伪影，导致辐射125b在传感器130的方向上被反射。此外，辐射的该部分125b可以包括从目标105反射的辐射。
图2b描绘了对应于来自图2a的传感器的数据的直方图200的示例。图2b清楚地显示了三个不同的峰值255、260、265。如上所述，峰值255、260、265对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射。
直方图200中描绘的数据包括高于噪声水平的第一峰值260。如上所述，第一峰值对应于盖玻璃。
直方图200中描绘的数据包括第二峰值255，其实质上对应于从窗户130反射的辐射。将会注意到，来自窗户130的感测反射的峰值255的幅度显著小于来自图1b和图1c所示的窗户130的感测反射的峰值155的幅度。如上所述，这是由于传感器相对于窗户130的角度导致传感器110没有检测到辐射125a的镜面反射。
图2b的直方图200还描绘了第三峰值265。第三峰值265对应于从目标105反射的感测辐射125b，例如，如图2a所示，目标105设置在窗户130的与传感器110相对的一侧。
因此，可以观察到，通过比较通过实质上垂直于传感器110的窗户(例如相当于相对于传感器110在第一区域中)以及相对于传感器110成一定角度(例如相当于相对于传感器110在第二区域中)的窗户从目标感测的数据的直方图，第二峰值的不存在或者第二峰值的幅度的显著减小指示存在窗户。基于这一原理，在本发明的实施例中，存在检测系统，例如在蜂窝电话相机上实现的系统，可以被配置为检测窗户或镜子的存在。这种系统包括飞行时间传感器和处理电路，飞行时间传感器被配置为基于从多个区域感测的反射辐射来检测对目标的接近度，处理电路被配置为基于对应于从多个区域中的每一个区域反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值来确定从飞行时间传感器到目标的路径中镜子或窗户的存在。
图3a描绘了实质上垂直于镜子330的成像设备315的表示。成像设备315包括传感器310。还示出了目标305，出于示例的目的，该目标是人。所描绘的成像设备315是蜂窝电话。应当理解，传感器310可以是例如相机等的另一成像设备或系统的组件。在一些实施例中，传感器310是具有可调焦点的系统的组件，例如以允许对距成像设备一定距离范围内的目标进行成像。在图3a的示例中，成像设备315是包括相机的蜂窝电话。在图3a的示例中，传感器310是飞行时间传感器。这样，传感器310被配置为基于从目标反射的感测辐射325a、325b来检测对目标305的接近度。如上参考图1a的示例所述，传感器310可以被配置为感测从多个不同区域反射的辐射325。多个区域中的每个区域可以限定由传感器310感测的区或场。每个区或场可以是不同的，或者可以至少部分地重叠由至少一个相邻区域限定的区域的场的区。下面参照图6a至图6c更详细地描述这种多区域传感器的操作。
镜子330设置在从传感器310到目标305的辐射路径中。镜子330反射辐射325a、325b。
这样，在图3a中被描绘为实线的辐射325b由传感器310发射，向镜子330传播，并且从镜子330向目标305反射。从目标305反射的辐射然后向镜子330传播，并被反射回传感器310。这样，由传感器310接收的反射辐射的至少一部分325b经由镜子330从目标305反射。
然而，在一些情况下，辐射的至少一部分325a直接从镜子反射到传感器310，而不从目标305反射。也就是说，由传感器310发射的辐射的至少一部分325a传播到镜子，并被反射回传感器310，而不被目标305反射。该辐射325a在图3a中被描绘为虚线，并且被示为镜子330和传感器310之间的直接路径。
图3a中的示例可以对应于用户(例如目标305)使用成像设备315(例如用户的蜂窝电话)拍摄他或她自己在镜子330中的映像的使用情况。
图3b描绘了对应于来自图3a的传感器310的数据的直方图350的示例。传感器310，例如飞行时间传感器，或者与传感器310相关联的处理电路，可以提供对应于作为时间的函数的感测到的光子的计数的数据。如上所述，这种计数对应于距离，并且可以以对应于示例直方图350的格式或结构来提供或存储数据。
直方图350中描绘的数据包括峰值355，其实质上对应于从镜子330反射的辐射。这样，在一些情况下，传感器310可以用于确定镜子330对传感器的接近度。
描绘了图3b的直方图的放大部分的图3c清楚地显示了三个不同的峰值355、360、365。峰值355、360、365对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射，如上面参考图1b所述。在图3c的示例中，噪声水平在大约50和150个计数之间。这样，具有大约480个计数的幅度的第一峰值360在噪声水平上是清楚可区分的。类似地，具有大约450个计数的幅度的第三峰值365在噪声水平上是清楚可区分的。
在图3c的示例中，第一峰值360对应于盖玻璃，如上面参考图1b所述。这样，处理电路可以容易地从直方图350中描述的数据确定第一峰值360对应于盖玻璃，因为第一峰360值出现在对应于传感器310和盖玻璃之间的已知固定距离的时间处。
第二峰值355的幅度远大于第一峰值360或第三峰值365。第二峰值355对应于从镜子反射的感测辐射。由于传感器310相对于镜子330的相对垂直的取向，反射辐射包括反射镜面辐射的主要分量。反射辐射还可以包括漫射辐射(例如，由于例如上述镜子上或镜子中的杂质、伪影、污垢、灰尘等，更普遍地从镜子330反射的辐射)的分量。
第三峰值365在幅度上明显小于第二峰值355。第三峰值365对应于从目标305反射的感测辐射。
图4a描绘了相对于镜子330成一角度(例如不垂直)的成像设备315的表示。以类似于图2a的示例的方式，在这种情况下，只有从传感器310(例如飞行时间传感器)发射的辐射的一部分325b经由镜子330从目标305反射回传感器310。
与图3a的示例相对比，从镜子330反射的辐射的一部分没有入射到传感器310上。也就是说，由传感器310感测到的镜面辐射量显著减少。这是因为，考虑到辐射在镜子330上的入射角和辐射从镜子330的反射角，反射辐射的一部分没有被导向传感器310。
传感器310可以检测辐射的一部分325a，例如漫射辐射。这种漫射辐射可能至少部分是由于镜子330上或镜子330中存在的污垢、碎屑和/或其他异常或伪影，导致辐射325a在传感器330的方向上被反射。
图4b描绘了对应于来自图4a的传感器的数据的直方图450的示例。图4b清楚地显示了两个不同的峰值460、465。如上所述，峰值460、465对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射。
直方图450中描绘的数据包括高于噪声水平的第一峰值460。如上所述，第一峰值对应于盖玻璃。
直方图450中描绘的数据还包括小的第二峰值455，其实质上对应于从镜子330反射的漫射辐射。在这个示例中，镜子330特别干净，因此第二峰值的幅度相对较低。将会注意到，来自镜子330的感测反射的峰值455的幅度显著小于来自图3c所示的镜子330的感测反射的峰值355的幅度。如上所述，这是由于传感器310相对于镜子330的角度导致传感器310没有检测到辐射325a的镜面反射。
图4b的直方图450还描绘了第三峰值465。如图4a所描绘，第三峰值465对应于从目标305反射的感测辐射325b。
因此，可以观察到，通过比较从实质上垂直于传感器310的镜子330(例如相当于相对于传感器310在第一区域中)以及还有从相对于传感器310成一角度的镜子(例如相当于相对于传感器310在第二区域中)中反射的目标的感测到的数据的直方图，第二峰值355的不存在或者第二峰值355的幅度的显著减小指示可能存在镜子330。
基于上述原理，诸如在蜂窝电话中的相机上实现的系统的存在检测系统可以被配置为检测窗户130或镜子330的存在。这种系统包括飞行时间传感器和处理电路，飞行时间传感器被配置为基于从多个区域感测的反射辐射125a、125b、325a、325b来检测对目标105、305的接近度，处理电路被配置为基于对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值来确定从飞行时间传感器到目标的路径中镜子或窗户的存在。也就是说，这种系统中的处理电路可以被配置为通过比较对应于多个区域中的至少两个区域的数据来确定镜子330或窗户130的存在。
在本发明的实施例中，存在检测系统可以被配置为使得如果感测数据包括：在多个区域的第一区域中对应于距传感器110、310的第一距离的峰值155、355和对应于距飞行时间传感器的第二距离的峰值165、365；以及在多个区域的第二区域中实质上对应于第一距离的峰值255、455和实质上对应于第二距离的峰值265、465；并且第二距离比第一距离远；并且峰值不与来自盖玻璃的反射相关联；则处理电路可以确定对应于距飞行时间传感器的第一距离的峰值155、355对应于来自镜子330或窗户130的反射。
此外，如果第二距离实质上是第一距离的两倍，则处理电路可以确定对应于距传感器110、310的第一距离的峰值155、355对应于来自镜子330的反射。
图5a是特定使用情况的照片，其中包括传感器110、310的相机510非常靠近或靠着窗户130放置。当用户试图通过窗户拍照，同时避免窗户中的可见光反射时，可能出现这种使用情况。
图5b描绘了对应于来自靠着窗户130放置的传感器的第一区域的数据的直方图500的示例。第一区域实质上垂直于窗户的表面取向。图5b中示出了显著幅度的第一峰值555。第一峰值555对应于串扰和目标峰值重叠。例如，峰值555可以对应于来自窗户130的大量反射。此外，由于窗户接近盖玻璃，来自盖玻璃的反射可能在数据中变得模糊。
图5c描绘了对应于来自靠着窗户130的传感器的第二区域的数据的直方图550的示例。第二区域取向成与窗户130的表面成一角度，例如不垂直。图5c中示出了第一峰值595。第一峰值595对应于来自盖玻璃的反射。值得注意的是，峰值595的幅度显著小于图5b中所描绘的峰值555的幅度。也就是说，在垂直于窗户的第一区域中，传感器检测到对象，例如窗户130。在成一角度的第二区域中，例如不垂直于窗户130，传感器没有检测到对象，例如窗户130。
在本发明的实施例中，存在检测系统可以被配置为使得如果感测数据包括：幅度高于第一阈值的峰值555，其对应于在多个区域的第一区域中距传感器110、330的相对较短的距离，该相对较短的距离由第二阈值限定，以及在多个区域的第二区域中实质上没有对应于距传感器110、330的相对较短距离的峰值或相对较小的峰值595；则处理电路可以确定传感器110、330设置在距窗户相对较短的距离处。
例如，相对较短的距离可以在毫米的范围内。该相对较短的距离可以是，例如，在幅度上与从飞行时间传感器到盖玻璃的距离大致相当的距离。也就是说，相对较短的距离可以是大约一英寸或更小范围内的距离。
图6a描绘了根据本公开实施例的包括具有可调焦点的成像系统和存在检测系统的装置600的表示。装置600是蜂窝电话，并且存在检测系统包括多区域飞行时间传感器610和具有可调焦点的相机615。还示出了目标605。
由于飞行时间传感器能够进行多区域检测，并且由于传感器610能够在每个区域中进行多对象检测，例如产生具有多个峰值的对应直方图，因此装置600可以被配置为检测在传感器610和目标605之间的路径中镜子330或窗户130的存在。也就是说，如上所述，可以比较对应于多个区域的直方图，以确定在传感器610和目标605之间的路径中是否存在窗户或镜子。在一个示例实施例中，这种确定可以由装置内的处理电路做出。在一些示例实施例中，处理电路和/或储存器(例如与处理电路相关联的一个或多个存储器设备)的至少一部分，可以远离装置600。例如，可以在一个或多个服务器和/或基于云的设备上提供处理电路的至少一部分。可以在远程控制台或客户端设备上提供处理电路的至少一部分。
装置600可以被配置为至少部分地基于检测到的目标605对传感器610的接近度来调节相机615的焦点。如上所述，通过确定在目标605和传感器610之间的路径中是否存在镜子或窗户，可以准确且可靠地确定检测到的对目标605的接近度。
图6b描绘了由图6a的装置的多区域传感器感测的区域的表示。场景被分成3×3的区域阵列，表示为620a-620i。每个区域对应于由传感器610感测的区或场。应该理解的是，3×3阵列仅仅是为了示例的目的而描述的，并且在其他实施例中，多个区域可以包括2×2、4×4或者甚至更大的区域阵列。此外，多个区域不必限定如图6b所示的正方形。例如，每个区域可以是非正方形的形状和/或阵列可以具有其他尺寸，例如3×4、2×3等。此外，每个区域可以是不同的，或者可以至少部分地与相邻区域重叠。
飞行时间传感器610被配置为在多个区域的每个区域620a-620j中执行多对象检测。这样，装置600，特别是装置600内或与装置600相关联的处理电路，可以获取对应于每个区域620a-620j的直方图数据。通过比较这样获得的直方图数据，可以确定窗户130或镜子330的存在，如上面参考图1a至图5c所述。
图7a描绘了根据本公开实施例的存在检测系统700的框图。系统700包括多区域飞行时间传感器710。多区域飞行时间传感器710包括被配置为发射辐射的VCSEL 715和用于检测辐射的SPAD 720的阵列。SPAD 720具有相关联的TDC和直方图电路。多区域飞行时间传感器710还包括VCSEL的控制电路725和驱动器电路730。在示例实施例中，描绘了光学器件735，其可以包括例如一个或多个透镜、多透镜阵列(MLA)、衍射光学元件(DOE)和/或光学滤波器。
多区域飞行时间传感器710还包括处理电路750，其在图7a的示例实施例中是ARMCortex M0+。在一些实施例中，处理电路750被配置为基于直方图数据中的一个或多个峰值来确定从多区域飞行时间传感器710到目标的路径中镜子330或窗户130的存在，该直方图数据对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射。还示出了主机设备760。主机设备760可通信地耦合到多区域飞行时间传感器710。主机设备760包括另外的处理电路。主机设备可以是例如蜂窝电话内的处理电路。如上所述，主机设备760可以远离多区域飞行时间传感器710，例如在远程服务器或基于云的设备上。
在一些实施例中，主机设备760被配置为基于直方图数据中的一个或多个峰值来确定从多区域飞行时间传感器710到目标的路径中镜子330或窗户130的存在，该直方图数据对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射。也就是说，在一些实施例中，飞行时间传感器710内的内部处理电路750可以被配置为向主机设备760传送数据，例如直方图数据，使得主机设备760可以确定窗户或镜子的存在。
图7b描绘了封装780，封装780容纳图7a的存在检测系统700。该封装包括电触点785，用于将存在检测系统700耦合到另一设备，例如主机设备760。封装780包括第一孔790，用于发射辐射，例如由VCSEL 715发射的辐射。封装780包括用于接收反射辐射的第二孔795，例如用于接收入射到SPAD 720的阵列上的辐射。
在一些实施例中，上述盖玻璃可以集成到封装780中，使得它在第一孔790和/或第二孔795上提供保护盖。
申请人单独公开了这里描述的每个单独的特征以及两个或更多个这样的特征的任何组合，在某种程度上，根据本领域技术人员的公知常识，这样的特征或组合能够基于作为整体的说明书来实现，而不管这样的特征或特征的组合是否解决了这里公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本公开的方面可以由任何这样的单独特征或特征的组合组成。鉴于前面的描述，对于本领域技术人员来说，显然可以在本公开的范围内进行各种修改。
尽管已经根据如上所述的优选实施例描述了本公开，但是应该理解，这些实施例仅仅是说明性的，并且权利要求不限于这些实施例。鉴于本公开，本领域技术人员将能够进行修改和替换，这些修改和替换被认为落入所附权利要求的范围内。在本说明书中公开或示出的每个特征可以结合到任何实施例中，无论是单独结合还是以与在此公开或示出的任何其他特征的任何适当组合。
附图标记列表
105目标 350直方图
110传感器 355第二峰值
115成像设备 360第一峰值
120相机 365第三峰值
125a辐射 450直方图
125b辐射 455第二峰值
130窗户 460第一峰值
150直方图 465第三峰值
155第二峰值 500直方图
160第一峰值 510相机
165第三峰值 555第一峰值
200直方图 550直方图
255第二峰值 595第一峰值
260第一峰值 600装置
265第三峰值 605目标
305目标 610传感器
310传感器 615相机
315成像设备 620a区域
325a辐射 620b区域
325b辐射 620c区域
330镜子 620d区域
620e区域
620f区域
620g区域
620h区域
620i区域
700存在检测系统
710飞行时间传感器
715VCSEL
720SPAD
725控制电路
730驱动器电路
735光学器件
750处理电路
760主机设备
780封装
785电触点
790第一孔
795第二孔

Claims (16)

1.一种被配置为检测窗户(130)或镜子(330)的存在的存在检测系统(700)，所述系统包括：
飞行时间传感器(110，310，610)，被配置为基于从多个区域(620a-i)感测的反射辐射来检测对目标(105，305，605)的接近度；以及
处理电路(750)，被配置为基于对应于从多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值来确定从所述飞行时间传感器到所述目标的路径中的镜子或窗户的存在。
2.根据权利要求1所述的存在检测系统(700)，其中数据中的所述一个或多个峰值对应于高于由噪声水平限定的阈值的反射辐射。
3.根据权利要求1或2所述的存在检测系统(700)，其中所述数据对应于作为距所述ToF传感器(110，310，610)的距离的函数的感测到的光子的数量的分布。
4.根据任一前述权利要求所述的存在检测系统(700)，其中所述处理电路(750)被配置为通过比较对应于所述多个区域(620a-i)中的至少两个区域的数据来确定所述镜子(330)或所述窗户(130)的存在和/或所述镜子或所述窗户的特性。
5.根据任一前述权利要求所述的存在检测系统(700)，其中，如果所述数据包括：
在所述多个区域(620a-i)的第一区域中对应于距所述ToF传感器(110，310，610)的第一距离的峰值和对应于距所述ToF传感器的第二距离的峰值；
在所述多个区域的第二区域中实质上对应于所述第一距离的峰值和实质上对应于所述第二距离的峰值；
所述第二距离比所述第一距离更远，并且所述峰值不与来自盖玻璃的反射相关联；
则所述处理电路(750)确定对应于距所述ToF传感器的所述第一距离的所述峰值对应于来自镜子(330)或窗户(130)的反射。
6.根据权利要求5所述的存在检测系统(700)，其中，如果所述第二距离实质上是所述第一距离的两倍，则所述处理电路(750)确定对应于距所述ToF传感器(110，310，610)的所述第一距离的所述峰值对应于来自镜子的反射。
7.根据权利要求5或6所述的存在检测系统(700)，其中，如果对应于距所述ToF传感器(110，310，610)的所述第一距离的所述峰值具有高于预定义阈值的幅度和/或以大于预定义阈值的堆积为特征，则所述处理电路(750)确定对应于距所述ToF传感器的所述第一距离的所述峰值对应于来自镜子(330)的反射。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的存在检测系统(700)，其中，如果所述第一峰值实质上比由另一预定义阈值限定的宽度更宽，则所述处理电路(750)确定对应于距所述ToF传感器(110，310，610)的所述第一距离的所述峰值对应于来自包括多块玻璃的窗户(130)的反射。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的存在检测系统(700)，其中所述处理电路(750)被配置为确定所述多个区域(620a-i)中的哪个区域包括具有实质上对应于所述第一距离的最大幅度的峰值，并且指示所确定的区域是相对于所述窗户(130)或镜子(330)最接近垂直取向的区域。
10.根据任一前述权利要求所述的存在检测系统(700)，其中所述处理电路(750)被配置为针对堆积的影响校正所述数据。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的存在检测系统(700)，其中，如果所述数据包括：
幅度高于第一阈值的峰值，其对应于在所述多个区域(620a-i)的第一区域中距所述ToF传感器(110，310，610)的相对较短的距离，所述相对较短的距离由第二阈值限定，
以及在所述多个区域的第二区域中实质上没有对应于距所述ToF传感器的所述相对较短的距离的峰值；
则所述处理电路(750)确定所述ToF传感器设置在距窗户(130)的所述相对较短的距离处。
12.根据任一前述权利要求所述的存在检测系统(700)，其中所述处理电路(750)被配置为确定所述数据中的一个或多个峰值是否与来自盖玻璃的反射相关联。
13.根据任一前述权利要求所述的存在检测(700)系统，其中所述处理电路(750)被配置为将所述多个区域(620a-i)中的每一个的数据存储在区间中，其中每个区间对应于作为距所述ToF传感器的距离的函数的感测到的光子的数量。
14.一种装置(600)，包括：
具有可调焦点的成像系统，以及
根据权利要求1至13中任一项所述的包括ToF传感器(110，310，610)的存在检测系统，
其中所述成像系统的所述焦点被配置为基于所述存在检测系统对从所述飞行时间传感器到目标(105，305，605)的路径中镜子或窗户的存在的确定来被调节以避免聚焦在窗户(130)或镜子(330)上。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述装置是以下之一：蜂窝电话；相机；或视频记录设备；机器人设备；测量设备；游戏设备；或汽车设备。
16.一种检测窗户(130)或镜子(330)的存在的方法，所述方法包括以下步骤：
配置飞行时间传感器(110，310，610)以提供对应于来自多个区域(620a-i)的感测到的反射辐射的数据；以及
分析对应于从所述多个区域中的每一个反射的感测辐射的数据中的一个或多个峰值，以确定窗户或镜子是否在从所述飞行时间传感器到目标(105，305，605)的路径中。
CN202180046487.5A 2020-06-30 2021-06-29 窗户和镜子存在检测系统以及对应的方法 Pending CN115735132A (zh)

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