DE102013207648A1 - Method of operating light-time camera system such as three dimensional-time of flight camera system, involves determining phase shift for further modulation frequency, and determining distance value from last two measured phase shifts - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Lichtlaufzeitkamerasystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a light transit time camera system and a method for operating such according to the preamble of the independent claims.
Mit Lichtlaufzeitkamerasystem sollen nicht nur Systeme umfasst sein, die Entfernungen direkt aus der Lichtlaufzeit ermitteln, sondern insbesondere auch alle Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kamerasysteme, die eine Laufzeitinformation aus der Phasenverschiebung einer emittierten und empfangenen Strahlung gewinnen. Als Lichtlaufzeit bzw. 3D-TOF-Kameras sind insbesondere PMD-Kameras mit Photomischdetektoren (PMD) geeignet, wie sie u. a. in den Anmeldungen
Für die Bestimmung einer Entfernung bzw. einer entsprechenden Phasenverschiebung des reflektierten Lichts wird, wie in der
Aufgabe der Erfindung ist es, die Phasenmessung und somit die Entfernungsmessung zu verbessern.The object of the invention is to improve the phase measurement and thus the distance measurement.
Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das Verfahren und das erfindungsgemäße Lichtlaufzeitkamerasystem nach Gattung der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object is achieved in an advantageous manner by the method and the inventive time of flight camera system according to the preamble of the independent claims.
Vorteilhaft ist ein Verfahren zum Betreiben eines Lichtlaufzeitkamerasystems vorgesehen, das mit einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen betreibbar ist, mit den Schritten:
- a) Festlegung von zwei Modulationsfrequenzen anhand derer eine Entfernungsbestimmung erfolgen soll,
- b) Ermittlung einer Phasenverschiebung eines emittierten und empfangenen Signals für jede der beiden ausgewählten Modulationsfrequenzen,
- c) Ermittlung eines Entfernungswerts anhand der beiden ermittelten Phasenverschiebungen,
- d) Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz anhand vorgegebener Auswahlregeln unter Berücksichtigung der beiden letzten Modulationsfrequenzen
- e) Ermittlung einer weiteren Phasenverschiebung für die weitere Modulationsfrequenz
- f) Ermittlung eines Entfernungswerts anhand der letzten beiden ermittelten Phasenverschiebungen,
- g) Durchführung weiterer Entfernungsmessungen anhand der Schritte d) bis g)
- a) Definition of two modulation frequencies on the basis of which a distance determination is to take place,
- b) determining a phase shift of an emitted and received signal for each of the two selected modulation frequencies,
- c) determination of a distance value on the basis of the two determined phase shifts,
- d) Determining a further modulation frequency based on predetermined selection rules taking into account the last two modulation frequencies
- e) determination of a further phase shift for the further modulation frequency
- f) determination of a distance value based on the last two determined phase shifts,
- g) Carrying out further distance measurements on the basis of steps d) to g)
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Entfernungsmessungen nicht zwingend nach einem fest vorgegebenen Frequenzmuster erfolgen müssen, sondern die Auswahl der Modulationsfrequenzen im Wesentlichen auch zufällig erfolgen kann. Besonders vorteilhaft ist es, zur Vermeidung ungünstiger Frequenzpaarungen, die Wahl der Modulationsfrequenzen zwar zufällig aber nach bestimmten Auswahlregeln vorzunehmen.This approach has the advantage that the distance measurements do not necessarily have to be made according to a fixed frequency pattern, but the selection of the modulation frequencies can essentially be done at random. To avoid unfavorable frequency pairings, it is particularly advantageous to make the choice of the modulation frequencies randomly but according to specific selection rules.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, eine vorbestimmte Anzahl von Modulationsfrequenzen als begrenzte Auswahlmöglichkeit bereitzustellen, wobei die Bestimmung einer weiteren Modulationsfrequenz gemäß Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb der bereitgestellten Auswahl von Modulationsfrequenzen erfolgt.In a further refinement, it is provided to provide a predetermined number of modulation frequencies as a limited selection option, wherein the determination of a further modulation frequency according to step d) of the method according to the invention takes place within the provided selection of modulation frequencies.
Durch die begrenzte Auswahlmöglichkeit ist es vorteilhaft möglich, die Zeit zur Auswahl einer geeigneten Modulationsfrequenz zu verkürzen und erlaubt somit schnellere Messzyklen. Zudem reduziert eine begrenzte Auswahlmöglichkeit auch den Kalibrieraufwand.Due to the limited choice, it is advantageously possible to shorten the time for selecting a suitable modulation frequency and thus allows faster measurement cycles. In addition, a limited choice also reduces the calibration effort.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bestimmung der weiteren Modulationsfrequenz unter Berücksichtigung der Auswahlregeln zufällig erfolgt.It is particularly advantageous if the determination of the further modulation frequency takes place randomly taking into account the selection rules.
Bevorzugt ist es nützlich, eine Mehrzahl der Modulationsfrequenzen teilerfremd zu wählen, aufgrund der Erkenntnis, dass teilerfremde Frequenzverhältnisse häufig geeignete Frequenzpaarungen bilden. Preferably, it is useful to select a plurality of the modulation frequencies as being prime and alien due to the knowledge that divisive frequency ratios often form suitable frequency pairings.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorteilhaft, einen Entfernungswert nur dann als gültig zu bewerten, wenn zwei der unmittelbar zuvor ermittelten Entfernungswerte innerhalb tolerierter Abweichungsgrenzen liegen. Durch dieses Vorgehen können in einfacher Art und Weise Sprünge in der Entfernungsmessung durch Entfernungsfehlzuordnungen erkannt und ausgeblendet werden.In a further embodiment, it is advantageous to evaluate a distance value as valid only if two of the distance values determined immediately before lie within tolerated deviation limits. As a result of this procedure, jumps in the distance measurement due to distance mismatches can be detected and hidden in a simple manner.
Die Abweichungsgrenzen können beispielsweise in Abhängigkeit des zuletzt ermittelten Entfernungswertes bestimmt werden.The deviation limits can be determined, for example, as a function of the last determined distance value.
Besonders vorteilhaft ist ein Lichtlaufzeitkamerasystem vorgesehen, mit einem Modulator, der mit einer Beleuchtung und einem Empfänger des Systems verbunden ist, wobei ein Modulationssteuergerät mit dem Modulator verbunden und derart ausgestaltet ist, dass der Modulator mit mindestens drei Modulationsfrequenzen betreibbar ist, und dass eine Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass Modulationsfrequenzen für eine Entfernungsmessung anhand vorgegebener Auswahlregeln ausgewählt werdenParticularly advantageously, a light transit time camera system is provided, with a modulator, which is connected to a lighting and a receiver of the system, wherein a modulation control device is connected to the modulator and configured such that the modulator is operable with at least three modulation frequencies, and that an evaluation unit such is configured that modulation frequencies are selected for a distance measurement using predetermined selection rules
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of the preferred embodiments, like reference characters designate like or similar components.
Das Lichtlaufzeitkamerasystem
Das Messprinzip dieser Anordnung basiert im Wesentlichen darauf, dass ausgehend von der Phasenverschiebung des emittierten und empfangenen Lichts die Laufzeit und somit die zurückgelegte Wegstrecke des empfangenen Lichts ermittelt werden kann. Zu diesem Zwecke werden die Lichtquelle
Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle
Zur Verbesserung der Messgenauigkeit und/oder zur Erweiterung des Eindeutigkeitsbereichs kann es ferner vorgesehen sein, Lichtlaufzeitmessungen mit unterschiedlichen Modulationsfrequenzen durchzuführen. Zu diesem Zweck ist der Modulator
Der Modulator
Ferner ist die Empfangseinheit
Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle
Das Grundprinzip der Phasenmessung ist schematisch in
Bei einem Auftreffen des Signals Sp2 ohne Phasenverschiebung also Δφ(tL) = 0°, beispielsweise, wenn das Sendesignal Sp1 direkt auf den Sensor gelenkt wird, sind die Phasen der Modulation M0 und vom empfangenen Signal Sp2 identisch, so dass alle erzeugten Ladungsträger phasensynchron am ersten Gate Ga erfasst werden und somit ein maximales Differenzsignal mit Δq = 1 anliegt. When the signal S p2 strikes without a phase shift, ie Δφ (t L ) = 0 °, for example when the transmission signal S p1 is directed directly to the sensor, the phases of the modulation M 0 and of the received signal S p2 are identical, so that all generated charge carriers are detected synchronously at the first gate Ga and thus a maximum difference signal with Δq = 1 is applied.
Mit zunehmender Phasenverschiebung nimmt die Ladung am ersten Akkumulationsgate Ga ab und am zweiten Akkumulationsgate Gb zu. Bei einer Phasenverschiebung von Δφ(tL) = 90° sind die Ladungsträger qa, qb an beiden Gates Ga, Gb gleich verteilt und die Differenz somit Null und nach 180° Phasenverschiebung ”–1”. Mit weiter zunehmender Phasenverschiebung nimmt die Ladung am ersten Gate Ga wieder zu, so dass im Ergebnis die Ladungsdifferenz wieder ansteigt, um dann bei 360° bzw. 0° wieder ein Maximum zu erreichen.As the phase shift increases, the charge on the first accumulation gate Ga decreases and on the second accumulation gate Gb. With a phase shift of Δφ (t L ) = 90 °, the charge carriers qa, qb are equally distributed at both gates Ga, Gb and the difference is thus zero and after 180 ° phase shift "-1". With further increasing phase shift, the charge at the first gate Ga increases again, so that as a result the charge difference increases again in order then to reach a maximum again at 360 ° or 0 °.
Mathematisch handelt es sich hierbei um eine Korrelationsfunktion des empfangenen Signals Sp2 mit dem modulierenden Signal M0.Mathematically, this is a correlation function of the received signal S p2 with the modulating signal M 0 .
Bei einer Modulation mit einem Rechtecksignal ergibt sich wie bereits dargestellt als Korrelationsfunktion eine Dreiecksfunktion. Bei einer Modulation mit beispielsweise einem Sinussignal wäre das Ergebnis eine Kosinusfunktion.In the case of a modulation with a square-wave signal, as already described, a triangular function results as the correlation function. For a modulation with, for example, a sine signal, the result would be a cosine function.
Wie
Zur maximalen Erfassung der Phasenverschiebung ist beispielsweise das IQ(Inphase-Quadratur)Verfahren bekannt, bei dem zwei Messungen mit um 90° verschobenen Phasenlagen durchgeführt werden, also beispielsweise mit der Phasenlage φvar = 0° und φvar = 90°. Das Ergebnis einer Messung mit der Phasenlage φvar = 90° ist in
Die Beziehung dieser beiden Kurven lässt sich in bekannter Art und Weise beispielsweise für sinusförmige Kurvenverläufe in einem IQ-Diagramm gem.
Der Phasenwinkel lässt sich dann in bekannter Weise über eine arctan- bzw. arctan2-Funktion bestimmen:
Um beispielsweise Asymmetrie des Sensors zu kompensieren, können zusätzliche um 180° verschobene Phasenmessungen durchgeführt werden, so dass sich im Ergebnis der Phasenwinkel wie folgt bestimmen lässt.
In
Aus der in
Für Entfernungen d > λ/2 besteht in der Regel keine Möglichkeit die Phasenverschiebung absolut zu messen, so dass die ermittelte Phasenverschiebung nicht mehr eindeutig einem Entfernungswert zugeordnet werden kann.For distances d> λ / 2, there is generally no possibility of absolutely measuring the phase shift, so that the determined phase shift can no longer be unambiguously assigned to a distance value.
Zur Erhöhung des Eindeutigkeitsbereichs ist es, wie in
Die relative Phasenverschiebung φi(fi, D) ist somit ein Maß für das in der Entfernungsmessung verbleibende Reststück Ri. Für die Entfernungsbestimmung kann nun mit zwei für unterschiedliche Modulationsfrequenzen f1, f2 erfassten Phasenverschiebungen φ1/2(f1/2, D) eine Lösung für die oben dargestellte Distanzgleichung gefunden werden.The relative phase shift φ i (f i , D) is thus a measure of the remainder piece R i remaining in the distance measurement. For the distance determination, a solution for the above-described distance equation can now be found with two phase shifts φ 1/2 (f 1/2 , D) detected for different modulation frequencies f 1 , f 2 .
Ein möglicher Lösungsweg ist in
Für jeden Entfernungswert D innerhalb des gemeinsamen Eindeutigkeitsbereich EB gibt es genau ein Phasendifferenzpaar (φ1, φ2). Für den beispielhaften Entfernungswert von 23 m ergibt sich ein Phasendifferenzpaar von ca. (1,2/0,8).For each distance value D within the common unambiguous range EB, there is exactly one phase difference pair (φ 1 , φ 2 ). For the exemplary distance value of 23 m, a phase difference pair of approximately (1.2 / 0.8) results.
In einem möglichen Anwendungsfall könnte es beispielsweise vorgesehen sein, eine geeignete Anzahl von Phasendifferenzpaaren mit dem ihnen zugeordneten Entfernungswert d in einer Wertetabelle abzulegen. Bei einer Entfernungsmessung kann dann beispielsweise ermittelt werden, welches tabellierte Phasendifferenzpaar dem ermittelten Phasendifferenzpaar am nächsten kommt. Der zugehörige Entfernungswert kann dann einfach der Wertetabelle entnommen werden. In one possible application, it could be provided, for example, to store a suitable number of phase difference pairs with their associated distance value d in a value table. In the case of a distance measurement, it is then possible to determine, for example, which tabulated phase difference pair comes closest to the determined phase difference pair. The associated distance value can then simply be taken from the value table.
In einem ersten Phasenmesszyklus PM1 wird für eine erste Modulationsfrequenz f1 eine erste Phasenverschiebung φ1 und für die nachfolgende Phasenmesszyklen PM2/3 für eine zweite und dritte Modulationsfrequenz f2, f3 eine zweite und dritte Phasenverschiebung φ2, φ3 ermittelt. Nach dem dritten Phasenmesszyklus PM3 beginnen die Phasenmessungen wieder mit der ersten Modulationsfrequenz f1 und so fort. Bei mehr als drei Modulationsfrequenzen können auch andere Frequenz-Reihenfolgen, insbesondere auch zufällige Reihenfolgen gewählt werden.In a first phase measuring cycle PM 1, a first phase shift for a first modulation frequency f 1 φ 1 and for the subsequent phase measuring cycles PM 2/3 for a second and third modulation frequency f 2, f 3 a second and third phase shift φ 2, φ 3 determined. After the third phase measurement cycle PM 3 , the phase measurements start again at the first modulation frequency f 1 and so forth. With more than three modulation frequencies, other frequency orders, in particular also random sequences, can be selected.
Jeweils zwei aufeinander folgende Phasenmesszyklen PMn,n+1 bilden einen Distanzmesszyklus Mn aus dem ein Phasenwertepaar (φn, φn+1) und ein diesem Paar zugeordneter Entfernungswert dn,n+1 ermittelt wird.Two consecutive phase measurement cycles PM n, n + 1 form a distance measurement cycle M n from which a phase value pair (φ n , φ n + 1 ) and a distance value d n, n + 1 assigned to this pair is determined.
Erfindungsgemäß ist es hierbei vorgesehen, dass nur dann ein Entfernungswert d als gültig gewertet wird, wenn in drei aufeinander folgenden Distanzmesszyklen innerhalb tolerierter Grenzen im Wesentlichen derselbe Entfernungswert ermittelt wird.According to the invention, it is provided here that a distance value d is only considered valid if essentially the same distance value is determined within three consecutive distance measuring cycles within tolerated limits.
Ein mögliches erfindungsgemäßes Vorgehen ist beispielhaft in folgender Tabelle veranschaulicht:
Zur Erfassung von Fehlzuordnungen kann die Toleranzgrenze deutlich oberhalb eines üblichen Signalrauschens gelegt werden und selbstverständlich unterhalb eines minimal möglichen Entfernungssprungs durch Fehlzuordnung. Im dargestellten Beispiel könnte beispielsweise eine Toleranzgrenze Δdtol auf ± 20 m festgelegt werden. Ausgangspunkt für die Anwendung der Toleranzgrenze sind im dargestellten Beispiel die Differenzen der letzten drei Messungen.To detect misalignments, the tolerance limit can be set clearly above a normal signal noise and, of course, below a minimum possible distance jump due to misallocation. In the illustrated example, for example, a tolerance limit Δd tol could be set to ± 20 m. The starting point for the application of the tolerance limit in the example shown are the differences of the last three measurements.
Mit Beginn der Messung liegen im ersten und zweiten Distanzmesszyklus noch keine drei Distanzmessungen vor, so dass die an sich zutreffenden Entfernungswerte nicht ausgegeben werden. Ab dem dritten Messzyklus liegt dann eine ausreichende Anzahl von Entfernungswerten vor.At the beginning of the measurement, there are still no three distance measurements in the first and second distance measuring cycle, so that the actual distance values are not output. From the third measuring cycle there is then a sufficient number of distance values.
Die im dritten und vierten Messzyklus ermittelten Entfernungswerte liegen innerhalb der Toleranzgrenze, sind somit gültig und werden ausgegeben. Für bestimmte Auswerteverfahren könnte es ggf. auch vorgesehen sein, die beiden vorlaufenden Entfernungswerte rekursiv auszuwerten und auszugeben, wenn sie innerhalb der Toleranz liegen, wie dies im dargestellten ersten und zweiten Messzyklus der Fall ist.The distance values determined in the third and fourth measuring cycle lie within the tolerance limit, are thus valid and are output. It may also be provided for certain evaluation methods to recursively evaluate and output the two preceding distance values if they lie within the tolerance, as is the case in the illustrated first and second measurement cycle.
Im fünften Messzyklus erfolgte eine Fehlzuordnung mit einem Distanzsprung auf 178 m, der die Toleranzgrenze überschreitet. Dieser Entfernungswert ist ungültig und wird nicht ausgegeben. Ein gültiger Entfernungswert liegt erst wieder im achten Distanzmesszyklus vor, nachdem die Entfernungswerte in Folge in der achten Messung innerhalb der Toleranzgrenze lagen. Ggf. könnten auch hier die vorlaufenden innerhalb der Toleranz liegenden Entfernungswerte rekursiv als gültig ausgegeben werden. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen die Toleranzgrenze vornehmlich so festzulegen, dass sicher Fehlzuordnungen erkannt werden. Selbstverständlich kann die Toleranzgrenze je nach Genauigkeitsanforderung der Entfernungsmessungen enger gefasst werden.In the fifth measurement cycle, a mismatch occurred with a distance jump to 178 m, which exceeds the tolerance limit. This distance value is invalid and will not be output. A valid distance value is only present again in the eighth distance measuring cycle after the distance values in a row in the eighth measurement were within the tolerance limit. Possibly. Here, too, the leading distance values lying within the tolerance could be recursively output as valid. It is according to the invention intended to set the tolerance limit primarily so that misalignments are reliably detected. Of course, the tolerance limit can be narrowed depending on the accuracy requirement of the range measurements.
Eine weitere Ausgestaltung betrifft ein Lichtlaufzeitkamerasystem, das mit einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen betreibbar ist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass aufeinander folgende Modulationsfrequenzen fj, fk anhand vorgegebener Auswahlregeln miteinander kombiniert werden.A further embodiment relates to a light transit time camera system that can be operated with a multiplicity of modulation frequencies. According to the invention, it is provided that successive modulation frequencies f j , f k are combined with one another on the basis of predetermined selection rules.
Als mögliche Auswahlregel kann beispielsweise die Größe des aufgespannten Eindeutigkeitsbereichs herangezogen werden. Ist es beispielsweise von Interesse einen Bereich bis zu 20 m zu erfassen, bieten sich vorzugsweise die Wellenlängen 3 m und 7 m an, die einen Bereich von 21 m aufspannen oder ggf. auch 5 m und 7 m mit einem Eindeutigkeitsbereich von 35 m, während eine Kombination von 3 m und 4 m einen zu kleinen Eindeutigkeitsbereich aufspannt. In der folgenden Tabelle sind einige Beispiele aufgeführt:
Grundsätzlich ist zu erkennen, dass nah beieinander liegende Modulationsfrequenzen respektive Wellenlängen einen zunehmend größer werdenden Eindeutigkeitsbereich aufspannen, so dass die Bestimmung der Entfernung im bevorzugten Entfernungsbereich immer ungenauer wird. Ebenso sind Kombinationen ungünstig die trotz großem Frequenzabstand einen zu großen oder zu kleinen Eindeutigkeitsbereich aufspannen. Im dargestellten Fall wurden Frequenzkombinationen als günstig erachtet, deren Eindeutigkeitsbereich zwischen 20 und 50 m liegt.In principle, it can be seen that modulation frequencies or wavelengths lying close to one another span an increasingly larger uniqueness range, so that the determination of the distance in the preferred range of distances becomes increasingly inaccurate. Likewise, combinations are unfavorable which span a large or too small uniqueness range despite the large frequency spacing. In the case shown frequency combinations were considered favorable, the uniqueness range is between 20 and 50 m.
Auch ist es denkbar, nur Frequenzkombinationen zuzulassen, die in der Entfernungsbestimmung besonders robust im Hinblick auf verrauschte oder gestörte Signal sind.It is also conceivable to allow only frequency combinations that are particularly robust in terms of distance determination with regard to noisy or disturbed signal.
Insbesondere ist es günstig im Hinblick auf die vorgeschlagene Plausibilisierung der Entfernungswerte, eine neue Modulationsfrequenz unter Berücksichtigung der zuvor verwendeten Frequenzkombination auszuwählen. So kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass immer einen Satz von drei Modulationsfrequenzen in gewissen Grenzen ähnliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise könnten die Kombinationen von drei aufeinander folgenden Modulationsfrequenzen im Hinblick auf eine Distanzauflösung des aufgespannten Eindeutigkeitsbereichs in gewissen Grenzen ähnlich sein.In particular, it is favorable with regard to the proposed plausibility of the distance values to select a new modulation frequency taking into account the previously used frequency combination. Thus, it can advantageously be ensured that always a set of three modulation frequencies have similar properties within certain limits. For example, the combinations of three successive modulation frequencies with regard to a distance resolution of the defined unambiguous range could be similar within certain limits.
Grundsätzlich ist es denkbar, die nachfolgende Modulationsfrequenz innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereiches solange zufällig auszuwählen, bis die zufällig ausgewählte Frequenz den Auswahlbedingungen entspricht.In principle, it is conceivable to randomly select the subsequent modulation frequency within a predetermined frequency range until the randomly selected frequency corresponds to the selection conditions.
Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, im Vorfeld einer Messung ggf. bereits auch werksseitig eine Auswahltabelle bzw. Kennfeld mit geeigneten Modulationsfrequenzen bzw. Modulationsfrequenzpaaren bereitzustellen, aus denen im Laufe einer Messung zurückgegriffen werden kann.However, it is preferably proposed to provide a selection table or characteristic diagram with suitable modulation frequencies or modulation frequency pairs in advance of a measurement, if necessary, from which it is possible to fall back in the course of a measurement.
Idealerweise und in bestimmten Anwendungsfällen können die Modulationsfrequenzen derart ausgewählt werden, dass alle Kombinationen der Modulationsfrequenzen zueinander passen. In der der folgenden Tabelle ist eine mögliche Auswahl gezeigt.
Hieraus ergeben sich folgenden sechs Frequenzkombinationen mit den entsprechenden Eindeutigkeitsbereichen:
Vorzugsweise werden die Frequenzpaare so gewählt, dass beide Frequenzen teilerfremd sind. Dies ist im dargestellten Beispiel der Fall.Preferably, the frequency pairs are chosen so that both frequencies are prime alien. This is the case in the example shown.
In
Aus verschiedenen Gründen kann es ungünstig sein, die direkte Umkehrung der vorherigen Frequenzpaarung zuzulassen.
Gemäß der obigen Frequenztabelle weist die Kombination der beiden Frequenz f1 und f3 den kleinsten Eindeutigkeitsbereich auf. Je nach Anwendungsfall kann diese Kombination evtl. ungünstig sein.According to the above frequency table, the combination of the two frequencies f1 and f3 has the smallest uniqueness range. Depending on the application, this combination may be unfavorable.
In
Wurde beispielsweise eine Kombination mit der vierten Modulationsfrequenz f4 gewählt, ergibt sich hiernach nur eine einzige günstige Kombination mit der fünften Modulationsfrequenz f5, wobei hiernach wiederum mehrere Kombinationen zur Verfügung stehen.If, for example, a combination with the fourth modulation frequency f 4 has been selected, then only a single favorable combination results with the fifth modulation frequency f 5 , with several combinations again being available thereafter.
Wurde nach ursprünglichen Kombination der ersten und zweiten Modulationsfrequenz f1, f2 die dritte Modulationsfrequenz f3 ausgewählt, ergeben sich hiernach zwei Kombinationsmöglichkeiten, nämlich mit der ersten und vierten Modulationsfrequenz. Wenn hiernach zufälligerweise die erste und dann wiederum die zweite Modulationsfrequenz ausgewählt f1, f2 wurde, wird wieder ein bereits verwendetes Modulationsfrequenzpaar erreicht. Da jedoch jeder Auswahlschritt eine zufällige Komponente aufweist, besteht nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass die gleiche Frequenzabfolge mehrmals hintereinander durchlaufen wird.If, according to the original combination of the first and second modulation frequencies f 1 , f 2, the third modulation frequency f 3 has been selected, there are two possible combinations, namely with the first and fourth modulation frequencies. If, coincidentally, then the first and then the second modulation frequency has been selected f 1 , f 2 , an already used modulation frequency pair is again achieved. However, since each selection step has a random component, there is little chance that the same frequency sequence will be traversed several times in succession.
Die Auswahlstruktur ist selbstverständlich so strukturiert, dass jedem Modulationsfrequenzpaar mindestens eine Auswahlmöglichkeit folgt, und somit alle Verzweigungsschritte in sich geschlossen sind.Of course, the selection structure is structured such that each modulation frequency pair is followed by at least one selection option, and thus all branching steps are self-contained.
In einem zweiten Schritt b) werden zwei Modulationsfrequenzen fi, fk innerhalb der Auswahlstruktur entweder zufällig oder auch vorbestimmt ausgewählt, mit denen im nachfolgenden Schritt c) zwei Phasenverschiebungen φi, φj und hiernach im Schritt d) aus dieser Kombination eine Distanz ermittelt wird. Die ermittelte Distanz kann beispielsweise an eine nachfolgende Auswerteeinheit ausgegeben und/oder beispielsweise auch zwischengespeichert werden.In a second step b) two modulation frequencies f, f k in the selection structure randomly or predetermined selected i either with which in the subsequent step c) two phase shifts φ i, φ j and thereafter determines a distance in step d) from this combination becomes. The determined distance can be output, for example, to a subsequent evaluation unit and / or, for example, also temporarily stored.
Für die nachfolgende Entfernungsbestimmung wird eine nachfolgende Modulationsfrequenz fk in einem fünften Schritt e) in Abhängigkeit der zuvor verwendeten Modulationsfrequenzen fi, fj entsprechend der Auswahlstruktur ausgewählt, insbesondere zufällig ausgewählt. For the subsequent distance determination, a subsequent modulation frequency f k is selected in a fifth step e) as a function of the previously used modulation frequencies f i , f j in accordance with the selection structure, in particular randomly selected.
In einem sechsten Schritt f) wird mit der neuen Frequenz fk eine weitere Phasenverschiebung φk ermittelt, aus der in Kombination mit der letzten ermittelten Phasenverschiebung φj ein weiterer Entfernungswert dj,k im siebten Schritt g) gewonnen wird. Auch diese Entfernung kann beispielsweise an eine nachfolgende Auswerteeinheit übermittelt werden.In a sixth step f), a further phase shift φ k is determined with the new frequency f k , from which a further distance value d j, k is obtained in the seventh step g) in combination with the last determined phase shift φ j . This distance can also be transmitted, for example, to a subsequent evaluation unit.
In einem achten Schritt h) wird wieder auf den fünften Schritt e) zurückverwiesen, wobei nun die letzten beiden verwendeten Modulationsfrequenzen fj, fk für die Auswahl der nächsten nachfolgenden Modulationsfrequenz zu berücksichtigen sind.In an eighth step h), reference is again made to the fifth step e), in which case the last two modulation frequencies f j , f k used are to be taken into account for the selection of the next following modulation frequency.
Die dargestellte Schleife kann nun für die Dauer der Messung mehrfach durchlaufen werden.The illustrated loop can now be run through several times for the duration of the measurement.
In einer weiteren möglichen Ausführung kann es auch vorgesehen sein, das zuletzt verwendete Modulationsfrequenzpaar abzuspeichern und einer nachfolgenden Messung mit diesem Frequenzpaar zu beginnen.In a further possible embodiment, it can also be provided to store the last modulation frequency pair used and to begin a subsequent measurement with this frequency pair.
Vorteilhaft kann das beschrieben Auswahlverfahren mit der zu
Der Wechsel der Modulationsfrequenz hat insbesondere den Vorteil, das Störungen, die durch weitere Lichtlaufzeitkamerasysteme, die ein moduliertes Licht in den eigenen Erfassungsbereich einstrahlen reduziert oder sogar vermieden werden können.The change in the modulation frequency has the particular advantage that the interference that can be reduced or even avoided by further light transit time camera systems that radiate a modulated light into their own detection range.
Eine derartige Störung ist beispielhaft in
In
Durch die erfindungsgemäße zufällige strukturierte Auswahl der Modulationsfrequenzen wird mit einer hohen Wahrscheinlichkeit vermieden, dass bei einem Zusammentreffen mehrerer Lichtlaufzeitsysteme in einem gemeinsamen Erfassungsbereich moduliertes Licht mit der gleichen Modulationsfrequenz aufscheint.The randomly structured selection of the modulation frequencies according to the invention avoids with a high probability that, when a plurality of light transit time systems meet in a common detection area, modulated light having the same modulation frequency appears.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Beleuchtungsmodul lighting module
- 1212
- Beleuchtung lighting
- 2222
- Lichtlaufzeitsensor Transit Time Sensor
- 2727
- Auswerteeinheit evaluation
- 3030
- Modulator modulator
- 3535
- Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber Phase shifter, lighting phase shifter
- 3838
- Modulationssteuergerät Modulation controller
- Δφ(tL)Δφ (t L )
- laufzeitbedingte Phasenverschiebung term-related phase shift
- φvar φ var
- Phasenlagephasing
- φ0 φ 0
- Basisphase base phase
- φ1, φ2 φ 1 , φ 2
- Phasenverschiebungphase shift
- M0 M 0
- Modulationssignal modulation signal
- p1p1
- erste Phase first phase
- p2p2
- zweite Phase second phase
- Sp1Sp1
- Sendesignal mit erster Phase Transmission signal with first phase
- Sp2sp2
- Empfangssignal mit zweiter Phase Received signal with second phase
- Ga, GbGa, Gb
- Akkumulationsgatesaccumulation gates
- Ua, Ub Ua, Ub
- Spannungen am ModulationsgateVoltages at the modulation gate
- F1, f2F1, f2
- Modulationsfrequenzen modulation frequencies
- PMPM
- Phasenmesszyklus Phase measurement cycle
- dd
- Objektabstand object distance
- DD
- Entfernungswert = 2d Distance value = 2d
- EBEB
- Eindeutigkeitsbereich unambiguous range
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 1777747 [0002] EP 1777747 [0002]
- DE 19704496 [0002, 0003, 0034] DE 19704496 [0002, 0003, 0034]
- DE 19704496 C2 [0053] DE 19704496 C2 [0053]
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