DE102015205826B4 - Entfernungsmesssystem mit Lichtlaufzeitpixelzeile - Google Patents

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Abstract

Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor (22) umfassend mindestens zwei Pixelzeilen (Z1,..4) bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln (21),
mit einer Beleuchtung (10) zur Aussendung eines modulierten Lichts,
wobei die Beleuchtung (10) derart angeordnet ist, dass ein von der Beleuchtung (10) ausgesendeter modulierter Lichtstrahl bei einer Reflektion an einem Objekt (40) in Abhängigkeit der Entfernung (d) des Objekts (40) unterschiedliche Lichtlaufzeitpixel (21) in der Pixelzeile (Z1..4) beleuchtet,
und dass eine Auswerteeinheit, ausgehend vom Ort des beleuchteten Lichtlaufzeitpixels (21a, 21b) und von der durch das Lichtlaufzeitpixel (21a, 21b) erfassten Phasenverschiebung eine Objektentfernung (d) ermittelt,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Pixelzeilen (Z1.. 4) jeweils für unterschiedliche Intensitäten eines Umgebungslichts ausgebildet sind,
und die Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit einer Intensität eines erfassten Umgebungslichts eine für die Umgebungslichtintensität geeignete Pixelzeile (Z1.. 4) für die Entfernungsbestimmung ausgewählt wird,
wobei die Lichtlaufzeitpixel (21) in einer Pixelzeile (Z1.. 4) für geringe Umgebungslichtintensitäten eine größere photoempfindliche Fläche aufweisen als Lichtlaufzeitpixel (21) in einer Pixelzeile (Z1..4) für große Umgebungslichtintensitäten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Entfernungsmesssystem nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
  • Das Entfernungsmesssystem betrifft Lichtlaufzeitkamerasysteme, die Laufzeitinformationen bzw. Entfernungen 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 EP 1 777 747 A1 , US 6 587 186 B2 und auch DE 197 04 496 A1 beschrieben und beispielsweise von der Firma ‚ifm electronic GmbH‘ oder ‚PMD-Technologies GmbH‘ als Frame-Grabber O3D bzw. als CamCube zu beziehen sind. Die PMD-Kamera erlaubt insbesondere eine flexible Anordnung der Lichtquelle und des Detektors, die sowohl in einem Gehäuse als auch separat angeordnet werden können.
  • Aus der DE 10 2004 037 137 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Entfernungsmessung mit Hilfe von Lichtlaufzeitpixeln bekannt, bei der unter anderem eine Anordnung nach dem Triangulationsprinzip vorgeschlagen wird. Die Lichtlaufzeitpixel sind nebeneinander in wenigstens einer Zeile angeordnet. In Abhängigkeit davon, welches Lichtlaufzeitpixel die vom Objekt reflektierte Strahlung erfasst, lässt sich mit Hilfe einer Triangulationsberechnung der Abstand des Objekts bestimmen. Darüber hinaus lässt sich die Entfernung zusätzlich über die Lichtlaufzeit bzw. Phasenverschiebung des gesendeten und empfangenen Lichts bestimmen.
  • Ferner zeigen die Veröffentlichungen DE 10 2006 049 905 A1 einen optoelektronischen Sensor, dessen Empfangselemente für die unterschiedlichen Messaufgaben in der Größe angepasst werden können, die DE 10 2013 208 805 A1 einen Lichtlaufzeitsensor mit einem Zwischenspeicher, bei dem mehrere Pixel zu Pixelblöcken zusammengefasst werden und die DE 20 2006 003 841 U1 eine Vorrichtung zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich, die die empfangene Strahlung über eine Autokollimationsoptik an einen Detektor leitet.
  • Ausgestaltungen von Triangulationssensoren sind weiterhin in den Veröffentlichungen DE 10 2005 062 320 A1 , DE 10 2004 037 137 A1 und DE 698 05 598 T2 gezeigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Entfernungsmessung eines Triangulationssystems bestehend aus Lichtlaufzeitpixeln zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird in vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Entfernungsmesssystem nach Gattung des unabhängigen Anspruchs gelöst.
  • Vorteilhaft ist ein Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor umfassend mindestens zwei Pixelzeilen bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln vorgesehen, mit einer Beleuchtung zur Aussendung eines modulierten Lichts, wobei die Beleuchtung derart angeordnet ist, dass ein von der Beleuchtung ausgesendeter modulierter Lichtstrahl bei einer Reflektion an einem Objekt in Abhängigkeit der Entfernung des Objekts unterschiedliche Lichtlaufzeitpixel in der Pixelzeile beleuchtet, und dass eine Auswerteeinheit, ausgehend vom Ort des beleuchteten Lichtlaufzeitpixels und von der durch das Lichtlaufzeitpixel erfassten Phasenverschiebung eine Objektentfernung ermittelt, wobei mindestens zwei Pixelzeilen jeweils für unterschiedliche Intensitäten eines Umgebungslichts ausgebildet sind, und die Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit einer Intensität eines erfassten Umgebungslichts eine für die Umgebungslichtintensität geeignete Pixelzeile für die Entfernungsbestimmung ausgewählt wird.
  • Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass für unterschiedliche Umgebungslichtverhältnisse immer eine für diese Lichtverhältnisse geeignete Pixelzeile gefunden werden kann.
  • Ferner ist es nützlich, die Intensität des Umgebungslichts anhand eines zusätzlichen Photosensors und/oder anhand der an mindestens einem Lichtlaufzeitpixel erfassten Ladungen bestimmt wird.
  • Bevorzugt weisen die Lichtlaufzeitpixel in einer Pixelzeile für geringe Umgebungslichtintensitäten eine größere photoempfindliche Fläche aufweisen als Lichtlaufzeitpixel in einer Pixelzeile für große Umgebungslichtintensitäten.
  • Durch dieses Vorgehen wird vorteilhaft erreicht, dass beispielsweise bei starker Fremdlichteinstrahlung die Anzahl der durch dieses Fremdlicht erzeugten photogenerierten Ladungen verringert werden kann. Bei geringem oder nicht vorhandenem Fremdlicht hingegen kann die photoempfindliche Fläche vergrößert werden, um das Nutzlicht maximal einfangen zu können.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Lichtlaufzeitpixel in Abhängigkeit der ihnen zugeordneten Entfernungsmessung und eine für das jeweilige Lichtlaufzeitpixel erwartete Objektentfernung in ihren Messeigenschaften zu optimieren.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Messeigenschaften der Lichtlaufzeitpixel im Hinblick auf die zu erwartende entfernungsabhängige Intensität eines von einem Objekt reflektierten Lichts optimiert sind.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 schematisch das grundlegende Prinzip der Photomischdetektion,
    • 2 eine Zeile von Lichtlaufzeitpixeln in Triangulationsanordnung,
    • 3 eine Abhängig der Distanzstandardabweichung von der Lichtmenge,
    • 4 eine einzelne Lichtlaufzeitpixelzeile,
    • 5 eine Zeilenordnung mit einem zusätzlichen Photosensor,
    • 6 eine Anordnung mit vier Pixelzeilen
    • 7 eine Triangulationsanordnung mit einer Empfangsoptik.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
  • 1 zeigt eine Messsituation für eine optische Entfernungsmessung mit einer Lichtlaufzeitkamera, wie sie beispielsweise aus der DE 197 04 496 A1 bekannt ist.
  • Das Lichtlaufzeitkamerasystem 1 umfasst eine Sendeeinheit bzw. ein Beleuchtungsmodul 10 mit einer Beleuchtung 12 und einer dazugehörigen Strahlformungsoptik 15 sowie eine Empfangseinheit bzw. Lichtlaufzeitkamera 20 mit einer Empfangsoptik 25 und einem Lichtlaufzeitsensor 22.
  • Der Lichtlaufzeitsensor 22 weist mindestens ein Laufzeitpixel 21, vorzugsweise auch ein Pixel-Array auf und ist insbesondere als PMD-Sensor ausgebildet. Die Empfangsoptik 25 besteht typischerweise zur Verbesserung der Abbildungseigenschaften aus mehreren optischen Elementen. Die Strahlformungsoptik 15 der Sendeeinheit 10 kann beispielsweise als Reflektor oder Linsenoptik ausgebildet sein. In einer sehr einfachen Ausgestaltung kann ggf. auch auf optische Elemente sowohl empfangs- als auch sendeseitig verzichtet werden.
  • 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 12 und der Lichtlaufzeitsensor 22 über einen Modulator 30 gemeinsam mit einem bestimmten Modulationssignal Mo mit einer Basisphasenlage φ0 beaufschlagt. Im dargestellten Beispiel ist ferner zwischen dem Modulator 30 und der Lichtquelle 12 ein Phasenschieber 35 vorgesehen, mit dem die Basisphase φ0 des Modulationssignals M0 der Lichtquelle 12 um definierte Phasenlagen φvar verschoben werden kann. Für typische Phasenmessungen werden vorzugsweise Phasenlagen von φvar = 0°, 90°, 180°, 270° verwendet.
  • Entsprechend des eingestellten Modulationssignals sendet die Lichtquelle 12 ein intensitätsmoduliertes Signal Sp1 mit der ersten Phasenlage p1 bzw. p1 = φ0 + φvar aus. Dieses Signal Sp1 bzw. die elektromagnetische Strahlung wird im dargestellten Fall von einem Objekt 40 reflektiert und trifft aufgrund der zurückgelegten Wegstrecke entsprechend phasenverschoben Δφ(tL) mit einer zweiten Phasenlage p2 = φ0 + φvar + Δφ(tL) als Empfangssignal Sp2 auf den Lichtlaufzeitsensor 22. Im Lichtlaufzeitsensor 22 wird das Modulationssignal Mo mit dem empfangenen Signal Sp2 gemischt, wobei aus dem resultierenden Signal die Phasenverschiebung bzw. die Objektentfernung d ermittelt wird.
  • Als Beleuchtungsquelle bzw. Lichtquelle 12 eignen sich vorzugsweise Infrarot-Leuchtdioden. Selbstverständlich sind auch andere Strahlungsquellen in anderen Wellenlängenbereichen denkbar.
  • 2 zeigt schematisch eine Triangulations-Anordnung, bei der der Lichtlaufzeitsensor 22 aus einer Zeile von Lichtlaufzeitpixeln 21 aufgebaut ist. Die Beleuchtung 10 sendet einen einzelnen, vorzugsweise wenige µm durchmessenden, modulierten Lichtstrahl aus. Bei einer Reflektion an einem Objekt 40a, 40b trifft der Lichtstrahl abhängig von der Obj ektentfernung d auf ein entsprechendes Lichtlaufzeitpixel 21a, 21b. Über den Ort bzw. dem Lichtlaufzeitpixel an dem der Lichtstrahl detektiert wird, lässt sich, wie aus der Triangulation bekannt, eine Entfernung des Objekts 40a, 40b bestimmen. Zusätzlich zu der geometrischen Berechnung des Ortes steht über das jeweilige Lichtlaufzeitpixel 21 auch die Lichtlaufzeit und somit ein zweiter Entfernungswert zur Verfügung.
  • Insbesondere in Sicherheitsanwendungen können diese diversitär und redundant gewonnenen Entfernungswerte separat verarbeitet werden, wobei ein Entfernungswert nur dann als gültig ausgegeben wird, wenn die Abweichung der Entfernungswerte innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen liegt. Insbesondere können die Entfernungswerte auch über separate Auswerteeinheiten unabhängig voneinander ausgewertet werden, so dass eine zusätzliche Redundanz in der Auswertungsstrecke vorhanden ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist es vorgesehen, die für unterschiedliche Objektabstände zurückgelegten Lichtwegstrecken und damit verbundene Abnahme der Lichtintensität I des modulierten Lichtstrahls zu berücksichtigen.
  • In 7 ist ergänzend eine Triangulationsanordnung gemäß 2 mit einer abbildenden Empfangsoptik 25 gezeigt.
  • 3 zeigt schematisch die Abhängigkeit einer elektrischen Größe, insbesondere Ladungsmenge oder Spannung, des Lichtlaufzeitpixels bzw. eines Integrationsknoten von der Lichtmenge. Die Lichtmenge bestimmt sich in bekannter Weise aus dem Lichtstrom und der Bestrahlungsdauer. Proportional zur Lichtmenge werden Ladungsträger im photosensitiven Bereich der Modulationsgates Gam, Gbm des Lichtlaufzeitsensors erzeugt und entsprechend des Modulationssignals phasenkorreliert auf die Integrationsknoten Ga, Gb verteilt. Diese Ladungen können entweder als Spannungssignal bzw. -Amplitude hochohmig an den Integrationsknoten Ga, Gb abgegriffen oder ggf. bei einer Entladung der Integrationsknoten als Strom gemessen werden. Diese elektrischen Größen entsprechen somit dem phasenkorrelierten Lichtstrom bzw. der entsprechenden Lichtmenge.
  • Der mögliche Dynamikbereich eines Laufzeitpixels erstreckt sich typischerweise über mehrere Größenordnungen. Die Größe des Dynamikbereichs hängt im Wesentlichen von der Fläche der photosensitiven Schicht eines Pixels sowie der Kapazität der Integrationsknoten ab. Die Integrationszeit für den Lichtlaufzeitsensor bzw. einem einzelnen Pixel wird vorzugsweise so festgelegt, dass für den Anwendungsfall der Sensor nicht in die Sättigung gerät.
  • Mit abnehmender Lichtmenge bzw. analog mit abnehmender Integrationszeit nimmt jedoch der Spannungshub an den Integrationsknoten Ga, Gb immer mehr ab und bewirkt unter anderem aufgrund des abnehmenden Signal/Rausch-Verhältnisses eine zunehmende Unsicherheit bei der Entfernungsbestimmung, so wie es mit der gestrichelten Kurve der Standardabweichung in 3 dargestellt ist. Um die Standardabweichung der Distanzmessung für ein einzelnes Pixel möglichst gering zu halten, sollte ein Lichtlaufzeitpixel 21 bevorzugt im dargestellten Arbeitsbereich arbeiten.
  • Erfindungsgemäß ist es daher, wie in 3 skizziert, vorgesehen, die Eigenschaften bzw. Parameter PPar der Lichtlaufzeitpixel 21 entsprechend der ihnen zugeordneten Obj ektdistanz d im Hinblick auf einen möglichst geringen Messfehler bzw. geringer Distanz-Standardabweichung zu optimieren.
  • Als mögliche Parameter PPar kommen insbesondere die photosensitive Schicht eines Pixels sowie die Kapazität der Integrationsknoten in Betracht. Darüber hinaus sind auch Maßnahmen zur Beeinflussung der Empfindlichkeit eines Pixels denkbar, wie beispielsweise eine Maskierung der photosensitiven Schicht oder ggf. auch geeignete Änderungen der Dotierung dieser Schichten. Auch ist es denkbar, die verschiedenen Lichtlaufzeitpixel durch Anlegen unterschiedlicher Potentiale in ihren wirksamen Eigenschaften PPar zu verändern.
  • Vom Grundsatz wären die Lichtlaufzeitpixel 21 so zu optimieren, dass die Pixel 21a die entfernungsnahe Objekte 40a detektieren durch die hohe Lichtmenge nicht in Sättigung geraten, während Lichtlaufzeitpixel 21b die entfernte Objekte 40b detektieren sollen, in ihren Eigenschaften so eingestellt werden, dass das Nutzsignal nicht im Signalrauschen untergeht.
  • Insbesondere können die Pixeleigenschaften PPar auch eine so genannte Hintergrundlichtunterdrückungs-Schaltungen SBI (suppression of background illumination) betreffen.
  • Insbesondere bei einer Verwendung einer SBI-Schaltung bietet sich eine Anordnung gemäß 5 mit zwei Pixelzeilen Z1, 2 an. Über einen Photosensor insbesondere eine Photodiode 90 wird das Gesamtlicht der Umgebung erfasst, wobei in Abhängigkeit des erfassten Lichts eine der beiden Pixelzeilen Z1, 2 für die Entfernungsmessung herangezogen wird. Beispielsweise könnten die zweite Pixelzeile Z2 und die SBI-Schaltungen der Pixel 21 in dieser Zeile Z2 für eine Taglichtsituation und dementsprechend großem Hintergrundlichtanteil optimiert sein. Während die erste Pixelzeile Z1 aktiv geschaltet wird, wenn das Gesamtlicht einen Grenzwert, also beispielsweise in der Nacht, unterschreitet.
  • Unabhängig von der SBI-Schaltung kann es auch vorgesehen sein, die photoempfindliche Fläche im Hinblick auf unterschiedliche Hintergrund- bzw. Umgebungslichtintensitäten zu optimieren. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die photoempfindliche Fläche der Lichtlaufzeitpixel, die für den Betrieb bei einer hohen Umgebungslichtintensität vorgesehen sind möglichst klein auszuführen, um die Anzahl der durch das Umgebungslicht photoelektrisch generierten Ladungsträger möglichst gering zu halten.
  • Demgegenüber können die Lichtlaufzeitpixel, die bei einer geringen Umgebungslichtintensität betrieben werden, mit einer größeren photoempfindlichen Fläche ausgebildet werden, um möglichst viel Nutzlicht erfassen zu können.
  • In einer weiteren Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, dass alternativ oder zusätzlich zum Photosensor 90 das Gesamtlicht über die Lichtlaufzeitpixel 21 selbst erfasst wird, indem beispielsweise, die an den Integrationsknoten anliegenden Ladungen bzw. Spannung zu einem Gesamtwert addiert und ausgewertet werden.
  • 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der mehrere Pixelzeilen Z1..4 vorgesehen sind, wobei jede Pixelzeile Z1..4 und Pixel in dieser Zeile für bestimmte Lichtmengen optimiert sind, die beispielsweise über die Gesamtladungsmenge A+B am einzelnen Pixel 21 erfasst werden können. Abhängig von der Gesamtladungsmenge wird entschieden, welches Pixel 21 für die Entfernungsmessung herangezogen wird.
  • Bei all den genannten Ausgestaltungen ist es selbstverständlich, dass der Lichtstrahl derart ausgestaltet wird, dass die zeilenparallelen Z1..4 Pixel 21, beleuchtet werden. Die Ausgestaltungen können selbstverständlich miteinander kombiniert werden. So ist es insbesondere möglich die Lichtintensität sowohl über eine Photosensor als auch über die Gesamtladungsmenge mindestens eines Lichtlaufzeitpixel zu erfassen und ausgehend von den beiden unabhängig voneinander erfassten Intensitäten geeignete Pixelzeilen Z1..4 auszuwählen.
  • Bei mehr als zwei Pixelzeilen Z1.. 4 können beispielsweise auch mehrere Pixelzeilen Z1.. 4 für ein bestimmtes Umgebungslicht ausgewählt werden. Auch ist es möglich Pixelzeilen für mehr als zwei unterschiedliche Lichtintensitäten vorzusehen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Lichtlaufzeitkamerasystem
    10
    Beleuchtungsmodul
    12
    Beleuchtung
    15
    Sendeoptik
    20
    Sendemodul
    21
    Lichtlaufzeitpixel
    21a
    Lichtlaufzeitpixel Nahbereich
    21b
    Lichtlaufzeitpixel Fernbereich
    22
    Lichtlaufzeitsensor
    25
    Empfangsoptik
    30
    Modulator
    35
    Phasenschieber, Beleuchtungsphasenschieber
    40
    Objekt
    40a
    Objekt im Nahbereich
    40b
    Objekt im Fernbereich
    90
    Photosensor
    Z1, 2
    Lichtlaufzeitpixelzeile

Claims (4)

  1. Entfernungsmesssystem mit einem Lichtlaufzeitsensor (22) umfassend mindestens zwei Pixelzeilen (Z1,..4) bestehend aus mehreren Lichtlaufzeitpixeln (21), mit einer Beleuchtung (10) zur Aussendung eines modulierten Lichts, wobei die Beleuchtung (10) derart angeordnet ist, dass ein von der Beleuchtung (10) ausgesendeter modulierter Lichtstrahl bei einer Reflektion an einem Objekt (40) in Abhängigkeit der Entfernung (d) des Objekts (40) unterschiedliche Lichtlaufzeitpixel (21) in der Pixelzeile (Z1..4) beleuchtet, und dass eine Auswerteeinheit, ausgehend vom Ort des beleuchteten Lichtlaufzeitpixels (21a, 21b) und von der durch das Lichtlaufzeitpixel (21a, 21b) erfassten Phasenverschiebung eine Objektentfernung (d) ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Pixelzeilen (Z1.. 4) jeweils für unterschiedliche Intensitäten eines Umgebungslichts ausgebildet sind, und die Auswerteeinheit derart ausgestaltet ist, dass in Abhängigkeit einer Intensität eines erfassten Umgebungslichts eine für die Umgebungslichtintensität geeignete Pixelzeile (Z1.. 4) für die Entfernungsbestimmung ausgewählt wird, wobei die Lichtlaufzeitpixel (21) in einer Pixelzeile (Z1.. 4) für geringe Umgebungslichtintensitäten eine größere photoempfindliche Fläche aufweisen als Lichtlaufzeitpixel (21) in einer Pixelzeile (Z1..4) für große Umgebungslichtintensitäten.
  2. Entfernungsmesssystem nach Anspruch 1, bei dem die Intensität des Umgebungslichts anhand eines zusätzlichen Photosensors (90) und/oder anhand der an mindestens einem Lichtlaufzeitpixel (21) erfassten Ladungen bestimmt wird.
  3. Entfernungsmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichtlaufzeitpixel (21) in Abhängigkeit der ihnen zugeordneten Entfernungsmessung und eine für das jeweilige Lichtlaufzeitpixel (21, 21, 21a, 21b) erwartete Objektentfernung (d) in ihren Messeigenschaften (PPar) optimiert sind.
  4. Entfernungsmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Messeigenschaften (PPar) der Lichtlaufzeitpixel (21) im Hinblick auf die zu erwartende entfernungsabhängige Intensität eines von einem Objekt (40) reflektierten Lichts optimiert sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2208354A4 (de) 2007-10-10 2010-12-22 Gerard Dirk Smits Bildprojektor mit verfolgung von reflektiertem licht
WO2016025502A1 (en) 2014-08-11 2016-02-18 Gerard Dirk Smits Three-dimensional triangulation and time-of-flight based tracking systems and methods
CN108885264B (zh) * 2015-12-18 2022-07-22 杰拉德·迪尔克·施密茨 对象的实时位置感测
JP6854828B2 (ja) * 2015-12-18 2021-04-07 ジェラルド ディルク スミッツ 物体のリアルタイム位置検知
US9813673B2 (en) 2016-01-20 2017-11-07 Gerard Dirk Smits Holographic video capture and telepresence system
DE102017200879B4 (de) 2016-02-02 2022-05-05 pmdtechnologies ag Lichtlaufzeitkamera und Verfahren zum Betreiben einer solchen
EP3532863A4 (de) 2016-10-31 2020-06-03 Gerard Dirk Smits Schnell abtastender lidar mit dynamischer voxel-sondierung
EP3563347A4 (de) 2016-12-27 2020-06-24 Gerard Dirk Smits Systeme und verfahren zur maschinellen wahrnehmung
DE102017206026A1 (de) * 2017-04-07 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Vorrichtung und Verfahren zum Abtasten eines Abtastwinkels und zum Auswerten eines Detektors
CN110612465B (zh) 2017-05-10 2022-03-08 杰拉德·迪尔克·施密茨 扫描反射镜系统和方法
WO2019079750A1 (en) 2017-10-19 2019-04-25 Gerard Dirk Smits METHODS AND SYSTEMS FOR NAVIGATING A VEHICLE EQUIPPED WITH A NEW MILITARY MARKER SYSTEM
US10379220B1 (en) 2018-01-29 2019-08-13 Gerard Dirk Smits Hyper-resolved, high bandwidth scanned LIDAR systems
WO2021174227A1 (en) 2020-02-27 2021-09-02 Gerard Dirk Smits High resolution scanning of remote objects with fast sweeping laser beams and signal recovery by twitchy pixel array

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69805598T2 (de) * 1998-02-10 2002-10-24 Optosys Sa Givisiez Vorrichtung zur Messung von Abstand oder Einfallswinkel eines Lichtstrahls
DE102004037137A1 (de) * 2004-07-30 2006-03-23 Pmd Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung
DE202006003841U1 (de) * 2006-03-10 2006-05-04 Pepperl + Fuchs Gmbh Vorrichtung zum Nachweis von Objekten
DE102005062320A1 (de) * 2005-12-24 2007-06-28 Leuze Electronic Gmbh & Co Kg Optoelektronische Vorrichtung
DE102006049905A1 (de) * 2006-10-23 2008-04-30 Pepperl + Fuchs Gmbh Optoelektronischer Sensor und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102013208805A1 (de) * 2012-05-30 2013-12-05 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor mit Zwischenspeicher

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19704496C2 (de) 1996-09-05 2001-02-15 Rudolf Schwarte Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Phasen- und/oder Amplitudeninformation einer elektromagnetischen Welle
US6587186B2 (en) 2000-06-06 2003-07-01 Canesta, Inc. CMOS-compatible three-dimensional image sensing using reduced peak energy
EP1777747B1 (de) 2005-10-19 2008-03-26 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Einrichtung und Verfahren zur Demodulation von modulierten elektromagnetischen Wellenfeldern

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69805598T2 (de) * 1998-02-10 2002-10-24 Optosys Sa Givisiez Vorrichtung zur Messung von Abstand oder Einfallswinkel eines Lichtstrahls
DE102004037137A1 (de) * 2004-07-30 2006-03-23 Pmd Technologies Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Entfernungsmessung
DE102005062320A1 (de) * 2005-12-24 2007-06-28 Leuze Electronic Gmbh & Co Kg Optoelektronische Vorrichtung
DE202006003841U1 (de) * 2006-03-10 2006-05-04 Pepperl + Fuchs Gmbh Vorrichtung zum Nachweis von Objekten
DE102006049905A1 (de) * 2006-10-23 2008-04-30 Pepperl + Fuchs Gmbh Optoelektronischer Sensor und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102013208805A1 (de) * 2012-05-30 2013-12-05 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor mit Zwischenspeicher

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