DE102021113743A1

DE102021113743A1 - Verfahren und vorrichtung zur laufzeiterfassung einer szene

Info

Publication number: DE102021113743A1
Application number: DE102021113743.8A
Authority: DE
Inventors: Armin Josef Schoenlieb; Hannes Plank
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN115407347A; US20220381912A1; DE102021113743A8

Abstract

Ein Verfahren zur Laufzeit-, ToF-, Erfassung einer Szene wird bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Ausführen, durch einen ToF-Sensor, einer Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz, um erste Messwerte zu erhalten. Eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ist periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors auf. Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Bestimmen einer Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Laufzeit- (ToF; Time-of-Flight) Erfassung. Insbesondere betreffen Beispiele ein Verfahren und eine Vorrichtung zur ToF-Erfassung einer Szene.
Hintergrund
Eine ToF-Kamera misst die Distanz durch Emittieren von Nahinfrarotlicht. Für Fernbereich-Messungen (z. B. bis zu 50 m) werden starke Lichtquellen verwendet (z. B. werden Ausgangsleistungen von 2,5 kW verwendet). Wenn ein Objekt in der Nähe der ToF-Kamera auftaucht, entstehen Probleme, da das Objekt Blendeffekte verursachen kann, die benachbarte Pixel der ToF-Kamera beeinflussen. Ferner können Probleme entstehen, wenn die Pixel der ToF-Kamera gesättigt sind, falls sie zu viel Licht empfangen.
Somit besteht ein Bedarf für eine verbesserte ToF-Erfassung.
Zusammenfassung
Der Bedarf kann durch den Gegenstand der angehängten Ansprüche erfüllt sein.
Ein Beispiel betrifft ein Verfahren zur ToF-Erfassung einer Szene. Das Verfahren umfasst ein Ausführen, durch einen ToF-Sensor, einer Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz, um erste Messwerte zu erhalten. Eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ist periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors auf. Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Bestimmen einer Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten.
Ein anderes Beispiel betrifft eine Vorrichtung zur ToF-Erfassung einer Szene. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz auszuführen, um erste Messwerte zu erhalten. Eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ist periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors auf. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, eine Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten zu bestimmen.
Figurenliste
Nachfolgend werden einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen gilt:

1 stellt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zur ToF-Erfassung einer Szene dar;
2 stellt ein Beispiel einer Vorrichtung zur ToF-Erfassung einer Szene dar;
3 stellt beispielhafte Korrelationsfunktionen dar;
4 stellt beispielhafte Sequenzen dar;
5 stellt ein Beispiel eines Modulationscodes dar;
6 stellt beispielhafte Sequenzen dar;
7 stellt beispielhafte Korrelationsfunktionen dar;
8 stellt beispielhafte Korrelationsfunktionen dar;
9 stellt ein Beispiel von Phasenenthüllung (phase unwrapping) dar; und
10 stellt beispielhafte Korrelationsfunktionen dar.

Detaillierte Beschreibung
Einige Beispiele werden nun ausführlicher Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Andere Beispiele können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin verwendet wird, um bestimmte Beispiele zu beschreiben, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch sein können oder auch in abgewandelter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. In den Figuren können ferner die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B, sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt entsprechend für Kombinationen aus mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, z. B. „ein, eine“ und „der, die, das“, verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
1 stellt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 100 zur ToF-Erfassung einer Szene dar. Das Verfahren 100 wird im Folgenden ferner unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die eine beispielhafte Vorrichtung 200 zur ToF-Erfassung einer Szene darstellt.
Die Vorrichtung 200 umfasst einen ToF-Sensor 210. Der ToF-Sensor 200 umfasst ein Beleuchtungselement (Schaltungsanordnung, Vorrichtung) 230 zum Emittieren von modulierten Lichtimpulsen (d. h. moduliertes Licht) 202 in die Szene. Ein Objekt 201 ist in der Szene positioniert und reflektiert die emittierten Lichtimpulse 202. Der ToF-Sensor 200 umfasst zusätzlich ein Lichterfassungselement (Schaltungsanordnung, Vorrichtung) 220 zum Erfassen des von der Szene empfangenen Lichts 203. Das Licht 203 umfasst die Reflexionen der emittierten Lichtimpulse 202 durch das Objekt 201.
Das Beleuchtungselement 230 erzeugt die modulierten Lichtimpulse 202. Das Beleuchtungselement 230 kann irgendeine Anzahl von Lichtquellen umfassen. Das Beleuchtungselement 230 kann z. B. eine oder mehrere Leuchtdioden (LEDs; Light-Emitting Diodes) und/oder eine oder mehrere Laserdioden (z. B. einen oder mehrere oberflächenemittierende Diodenlaser (engl. VCSELs, Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) umfassen, die basierend auf einem Beleuchtungssignal gezündet werden.
Das Lichterfassungselement 220 kann verschiedene Komponenten umfassen, wie z. B. eine Optik (z. B. eine oder mehrere Linsen) und eine elektronische Schaltungsanordnung. Insbesondere umfasst die elektronische Schaltungsanordnung einen Bildsensor mit zumindest einem photosensitiven Element oder Pixel (z. B. mit einem Photonic Mixer Device, PMD (Photomischdetektor), oder einem Charge-Coupled Device, CCD (ladungsgekoppeltes Bauelement). Der Bildsensor kann zum Beispiel eine Mehrzahl von photosensitiven Elementen oder Pixeln umfassen. Das zumindest eine photosensitive Element oder Pixel wird basierend auf einem Referenzsignal angesteuert.
Das Verfahren 100 umfasst die Ausführung 102, durch den ToF-Sensor 210, einer Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz, um erste Messwerte zu erhalten. Das Beleuchtungselement 230 emittiert während der jeweiligen ersten ToF-Messung eine jeweilige Sequenz von modulierten Lichtimpulsen in die Szene. Ferner wird ein jeweiliges Referenzsignal verwendet, um das zumindest eine photosensitive Element oder Pixel des Lichterfassungselements 220 während der jeweiligen ersten ToF-Messung anzusteuern. Die erste Modulationsfrequenz gibt die Modulationsfrequenz des Referenzsignals und der Sequenzen von modulierten Lichtimpulsen an, die für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen in die Szene emittiert werden.
Parameter des ToF-Sensors 210 werden derart eingestellt, dass eine jeweilige (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen periodisch ist und eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors aufweist. Die jeweilige (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion gibt die distanzabhängige Korrelation des ToF-Sensors 210 des jeweils empfangenen Lichts 203 mit dem jeweiligen Referenzsignal an, ohne die Intensität des Lichts 203 zu berücksichtigen (d. h. diese ignorierend, nicht berücksichtigend). Anders ausgedrückt beschreibt die jeweilige (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion nur die Distanzabhängigkeit der Ausgabe des ToF-Sensors 210, nicht aber die Abhängigkeit der Ausgabe des ToF-Sensors 210 von der Intensität des empfangenen Lichts 203.
Die erste Modulationsfrequenz f_mod1 kann durch die Lichtgeschwindigkeit c und die Periodenlänge d_period1 der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen definiert werden: $ƒ_{m o d 1} = \frac{c}{2 \cdot d_{p e r i o d 1}}$
3 stellt zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 310 und 320 von zwei ersten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Die Abszisse in 3 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der jeweiligen Korrelationsfunktion an. Weiter dargestellt in 3 ist ein beispielhafter Messbereich 330 des ToF-Sensors 210.
Beide Korrelationsfunktionen 310 und 320 weisen einen sinusförmigen, d. h. periodischen, Verlauf (Form) mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs 330 des ToF-Sensors 210 auf. Es ist jedoch zu beachten, dass Korrelationsfunktionen gemäß der vorgeschlagenen Technik keinen sinusförmigen Verlauf mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 aufweisen müssen. Im Allgemeinen können die Korrelationsfunktionen irgendeinen Typ von periodischem Verlauf mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 aufweisen. Beispielsweise können die Korrelationsfunktionen alternativ einen dreieckförmigen Verlauf mit ansteigenden Amplituden der Dreiecke über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 aufweisen.
Die Korrelationsfunktionen 310 und 320 weisen die gleiche Periodenlänge auf.
Aufgrund der ansteigenden Amplitude der Korrelationsfunktionen 310 und 320 innerhalb des Messbereichs 330 des ToF-Sensors 210 sind die ersten ToF-Messungen weniger empfindlich gegenüber Licht 203, das aus der unmittelbaren Nähe des ToF-Sensors 210 kommt. Anders ausgedrückt sind die Korrelationsfunktionen 310 und 320 derart geformt, dass mehr Korrelationsstärke an Distanzen (Regionen) gegeben wird, die weiter vom ToF-Sensor 210 entfernt sind. Folglich erhalten nahe Distanzen (Regionen) eine geringere Korrelation und weite Distanzen (Regionen) erhalten eine höhere Korrelation.
Die Lichtstärke der vom Objekt 201 in der Szene empfangenen Reflexionen nimmt über die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 ab. So kann beispielsweise angenommen werden, dass die Lichtstärke nach dem Abstandsgesetz abnimmt. Das heißt, die distanzabhängige Lichtstärke des an dem ToF-Sensor 210 empfangenen Lichts 203 kann wie folgt angenommen werden: $I (d) \propto \frac{1}{d^{2}}$
wobei / die Lichtstärke des an dem ToF-Sensor 210 empfangenen Lichts und d die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201, das die emittierten Lichtimpulse 202 zurück zu dem ToF-Sensor 210 reflektiert, angibt.
Da die Empfindlichkeit des ToF-Sensors 210 gegenüber Licht aus der unmittelbaren Nähe des ToF-Sensors 210 verringert wird, kann eine Sättigung des einen oder der mehreren photosensitiven Elemente oder Pixel des Lichterfassungselements 220 aufgrund starker Reflexionen aus der unmittelbaren Nähe des ToF-Sensors 210 vermieden werden. Zusätzlich können Blendeffekte, die durch Reflexionen der emittierten Lichtimpulse 202 durch ein Objekt in unmittelbarer Nähe des ToF-Sensors 210 verursacht werden, entfallen oder zumindest reduziert werden.
Die Ausgabe des ToF-Sensors 210 für eine ToF-Messung skaliert mit der Lichtstärke der vom Objekt 201 empfangenen Reflexionen. Beispielsweise kann der erste Messwert, den der ToF-Sensor 210 für eine der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ausgibt, durch das Produkt aus der Lichtstärke der vom Objekt 201 während dieser ToF-Messung empfangenen Reflexionen und dem Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion der ToF-Messung bei der Distanz des Objekts 201, das die empfangenen Reflexionen verursacht, bestimmt werden.
Der periodische Verlauf der Korrelationsfunktionen erlaubt es außerdem, die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 gemäß Standardansätzen zu bestimmen. Wiederum Bezug nehmend auf 1 umfasst das Verfahren 100 ferner ein Bestimmen 104 einer Distanz zu dem Objekt 201 in der Szene basierend auf den ersten Messwerten.
Insbesondere erlauben die ersten Messwerte die Bestimmung einer jeweiligen Phasenverschiebung zwischen dem jeweiligen Referenzsignal, das zur Ansteuerung des zumindest einen photosensitiven Elements oder Pixels des Lichterfassungselements 220 während der jeweiligen ersten ToF-Messung verwendet wird, und dem jeweiligen Licht 203 (d. h. den vom Objekt 201 verursachten Reflexionen der emittierten Lichtimpulse 202), das das Lichterfassungselement 230 während der jeweiligen ersten ToF-Messung von der Szene empfängt.
Wenn beispielsweise zwei erste ToF-Messungen ausgeführt werden, kann die Phasenverschiebung φ wie folgt bestimmt werden: $φ = atan2 (\frac{c_{2}}{c_{1}})$
wobei C₁ und C₂ die ersten Messwerte der zwei ersten ToF-Messungen angeben.
Wenn vier erste ToF-Messungen ausgeführt werden, kann die Phasenverschiebung φ wie folgt bestimmt werden: $φ = atan 2 (\frac{C_{2} - C_{4}}{C_{1} - C_{3}})$
wobei C₁, C₂, C₃ und C₄ die ersten Messwerte der vier ersten ToF-Messungen angeben.
Es ist zu beachten, dass für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen jeweils unterschiedliche Zeitversätze zwischen der jeweiligen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen 202, die während der jeweiligen ersten ToF-Messung in die Szene emittiert werden, und dem jeweiligen Referenzsignal, das zur Ansteuerung des Lichterfassungselements 220 des ToF-Sensors 210 während der jeweiligen ersten ToF-Messung verwendet wird, verwendet werden. Die für die ersten ToF-Messungen verwendeten Zeitversätze sind ganzzahlige Mehrfache eines Bruchteils einer ersten Periodenlänge T₁, die durch die Inverse der ersten Modulationsfrequenz f_mod1, gegeben ist, das heißt: $T_{1} = \frac{1}{ƒ_{m o d 1}}$
Beispielsweise können Zeitversätze n · T₁/4 mit n = 0,1 verwendet werden, wenn zwei erste ToF-Messungen ausgeführt werden. In ähnlicher Weise können Zeitversätze n · T₁/4 mit n = 0,1, 2, 3 verwendet werden, wenn vier erste ToF-Messungen ausgeführt werden. Die Sequenzen von modulierten Lichtimpulsen 202, die während der ersten ToF-Messungen in die Szene emittiert werden, können identisch sein. Dementsprechend können die für die ersten ToF-Messungen verwendeten Referenzsignale um n · T₁/4 zeitverschoben sein. Die ersten Messwerte C_i sind wie folgt auf den Parameter n bezogen: $i = n + 1$
Die in 3 dargestellten Korrelationsfunktionen 310 und 320 sind aufgrund der unterschiedlichen Zeitversätze im Hinblick aufeinander verschoben.
Die Ausführung von vier ersten ToF-Messungen anstelle von zwei ersten ToF-Messungen kann es erlauben, dass Fehler im Zusammenhang mit dem zumindest einen photosensitiven Element oder Pixel des Lichterfassungselements 220 entfallen. So können beispielsweise Verstärkungsfehler oder Fehler aufgrund von Hintergrundlicht kompensiert werden. Die Fehlerkompensation ist möglich, da zwei Paare von ToF-Messungen mit invertierten Referenzsignalen ausgeführt werden (die Referenzsignale für n = 0,2 sind im Hinblick aufeinander invertiert und die Referenzsignale für n = 1, 3 sind im Hinblick aufeinander invertiert), sodass die Differenzen C₂ - C₄ und C₁ - C₃ diese Fehler aufheben. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Technologie nicht auf die Ausführung von zwei oder vier ersten ToF-Messungen beschränkt ist. Im Allgemeinen kann irgendeine Anzahl l ≥ 2 von ToF-Messungen ausgeführt werden.
Die Distanz d des ToF-Sensors 210 zu dem Objekt 201 kann basierend auf der Phasenverschiebung φ wie folgt bestimmt werden: $d = \frac{c}{2} \cdot \frac{φ}{2 π \cdot ƒ_{m o d 1}}$
Die Vorrichtung 200 umfasst eine entsprechend ausgebildete Verarbeitungsschaltung 240, die mit dem ToF-Sensor 210 gekoppelt ist. Die Verarbeitungsschaltung 240 kann z. B. ein einzelner dedizierter Prozessor, ein einzelner gemeinschaftlich verwendeter Prozessor oder eine Mehrzahl einzelner Prozessoren, von denen einige oder alle gemeinschaftlich verwendet werden können, eine Digitalsignalprozessor- (DSP-; digital signal processor) Hardware, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC; application specific integrated circuit) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA; field programmable gate array) sein. Die Verarbeitungsschaltung 240 kann optional gekoppelt werden, z. B. mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM; read only memory) zur Speicherung von Software, einem Direktzugriffsspeicher (RAM; random access memory) und/oder einem nichtflüchtigen Speicher. Die Verarbeitungsschaltung 240 ist ausgebildet, die Distanz zu dem Objekt 201 in der Szene basierend auf den ersten Messwerten zu bestimmen.
So kann die Verarbeitungsschaltung 240 beispielsweise weitere Daten ausgeben, die die Distanz zu dem Objekt 201 anzeigen (z. B. ein zweidimensionales Tiefenbild oder eine dreidimensionale Punktwolke).
Die Vorrichtung 200 kann weitere Hardware umfassen - herkömmliche und/oder kundenspezifische.
Das Verfahren 100 sowie die Vorrichtung 200 können es erlauben, die Distanz zu dem Objekt 201 in der Szene zu bestimmen, während Blendeffekte und die Sättigung des einen oder der mehreren photosensitiven Elemente oder Pixel des Lichterfassungselements 220 entfallen. Anders ausgedrückt können das Verfahren 100 und die Vorrichtung 200 eine verbesserte ToF-Erfassung erlauben.
Der Verlauf (die Form) der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen kann mittels der emittierten modulierten Lichtimpulse und der zur Ansteuerung des Lichterfassungselements 220 verwendeten Referenzsignale eingestellt werden. Dies wird im Folgenden für eine der ersten ToF-Messungen Bezug nehmend auf 4 bis 7 beschrieben. Es ist zu beachten, dass die im Folgenden beschriebenen Aspekte auch für die anderen ersten ToF-Messungen verwendet werden können.
Wie oben angezeigt ist, wird bei der Ausführung der ToF-Messung eine Sequenz von modulierten Lichtimpulsen 202 in die Szene emittiert. Die Sequenz von modulierten Lichtimpulsen ist eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines ersten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines zweiten Typs gemäß einem Modulationscode. Die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs unterscheiden sich voneinander. Insbesondere umfassen die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils Lichtimpulse an ersten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs. Die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs umfassen jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs, die sich von den ersten Positionen unterscheiden. Zum Beispiel umfassen die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs möglicherweise jeweils Lichtimpulse nur an ungeraden Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs, während die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs möglicherweise jeweils Lichtimpulse nur an geraden Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs umfassen oder umgekehrt.
4 stellt in Teilfigur (a) eine beispielhafte erste Sequenz 410 des Beleuchtungssignals dar, gemäß der das Beleuchtungselement 230 Lichtimpulse 202 in die Szene emittiert. Jeder hohe Impuls in der ersten Sequenz 410 des Beleuchtungssignals entspricht einem Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs. In ähnlicher Weise stellt 4 in Teilfigur (b) eine beispielhafte zweite Sequenz 420 des Beleuchtungssignals dar, gemäß der das Beleuchtungselement 230 Lichtimpulse 202 in die Szene emittiert. Jeder hohe Impuls in der zweiten Sequenz 420 des Beleuchtungssignals entspricht einem Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs. Wie aus den Teilfiguren (a) und (b) von 4 ersichtlich ist, umfasst die erste Sequenz 410 des Beleuchtungssignals hohe Impulse nur an ungeraden Positionen (d. h. Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 1, 3, 5, ... sind hohe Impulse) und die zweite Sequenz 420 des Beleuchtungssignals umfasst hohe Impulse nur an geraden Positionen (d. h. Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 2, 4, 6, ... sind hohe Impulse), sodass die entsprechend emittierte Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs Lichtimpulse nur an ungeraden Positionen umfasst und die entsprechend emittierte Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs Lichtimpulse nur an geraden Positionen umfasst. Anders ausgedrückt umfasst die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs Lichtimpulse nur an Positionen, die sich von den Positionen der Lichtimpulse in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs unterscheiden. Bei dem Beispiel von 4 ist die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs im Hinblick auf die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs invertiert.
Jede von der ersten Sequenz 410 des Beleuchtungssignals und der zweiten Sequenz 420 des Beleuchtungssignals weist eine jeweilige abwechselnde Reihe von hohen und niedrigen Impulsen gleicher Dauer (Länge) auf. Daher ist jede der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine jeweilige Reihe von Lichtimpulsen mit gleicher Impulslänge (Dauer) und gleichem Impulsbeabstandung. Dementsprechend können die Sequenzen 410 und 420 des Beleuchtungssignals und somit die einzelnen Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und des zweiten Typs als Dauerstrich-(CW; Continuous Wave) Segmente verstanden werden.
Wie vorangehend beschrieben wurde, werden die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs nacheinander gemäß einem Modulationscode emittiert. Ein beispielhafter Modulationscode 500 ist in 5 dargestellt. Der Modulationscode 500 ist ein Barker-Code (Sequenz). Die vorgeschlagene Technik ist jedoch nicht darauf beschränkt. Andere Modulationscodes wie Pseudozufallssequenzen wie beispielsweise Kasami-Code-Sequenzen oder Sequenzen maximaler Länge (m-Sequenzen) können ebenfalls verwendet werden.
Der in 1 dargestellte Barker-Code ist 1110010. Jede „1“ im Barker-Code bezeichnet die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs (d. h. die erste Sequenz 410 des Beleuchtungssignals) und jede „0“ im Barker-Code bezeichnet die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs (d. h. die zweite Sequenz 420 des Beleuchtungssignals). Dementsprechend wird die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs dreimal hintereinander emittiert, dann wird die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs zweimal hintereinander emittiert, dann wird die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs einmal emittiert, und schließlich wird die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs einmal emittiert. Anders ausgedrückt werden die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs gemäß dem für die ToF-Messung gewählten Modulationscode verkettet.
Die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs weisen den gleichen Tastgrad auf. Der Tastgrad kann nach Belieben gewählt werden. Der Tastgrad kann beispielsweise 25 % betragen. Es können jedoch auch niedrigere oder höhere Werte für den Tastgrad verwendet werden. Der Tastgrad eines Signals bezeichnet den Bruchteil einer Periode, in der das Signal aktiv ist. Beispielsweise bezeichnet der Tastgrad einer Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs das Verhältnis der summierten Dauern der Lichtimpulse in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs zur Gesamtperiode (Dauer) der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs. Der Tastgrad einer Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs bezeichnet analog das Verhältnis der summierten Dauern der Lichtimpulse in der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs zur Gesamtperiode (Dauer) der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs.
Wiederum Bezug nehmend auf 4 wird das Lichterfassungselement 220 des ToF-Sensors 210 bei Ausführung der ToF-Messung basierend auf dem Referenzsignal angesteuert. Ähnlich zu dem vorangehend für die emittierte Sequenz von modulierten Lichtimpulsen Beschriebenen umfasst das Referenzsignal eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines ersten Typs und von elektrischen Impulssequenzen eines zweiten Typs gemäß dem Modulationscode. Die elektrische Impulssequenzen des ersten Typs und die elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs unterscheiden sich voneinander. Insbesondere umfassen die elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs jeweils hohe Impulse an zweiten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des ersten Typs. Die elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs umfassen jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des zweiten Typs, die sich von den zweiten Positionen unterscheiden. Zum Beispiel umfassen die elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs möglicherweise jeweils hohe Impulse nur an ungeraden Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des ersten Typs, während die elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs möglicherweise jeweils hohe Impulse nur an geraden Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des zweiten Typs umfassen oder umgekehrt. 4 zeigt in Teilfigur (c) eine beispielhafte elektrische Impulssequenz 430 des ersten Typs und in Teilfigur (d) eine beispielhafte elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs. Wie aus den Teilfiguren (c) und (d) von 4 ersichtlich ist, umfasst die elektrische Impulssequenz 430 des ersten Typs hohe Impulse nur an ungeraden Positionen (d. h. die Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 1, 3, 5, ... sind hohe Impulse) und die elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs umfasst hohe Impulse nur an geraden Positionen (d. h. die Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 2, 4, 6, ... sind hohe Impulse). Anders ausgedrückt umfasst die elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs hohe Impulse nur an Positionen, die sich von den Positionen der hohen Impulse in der elektrischen Impulssequenz 430 des ersten Typs unterscheiden. Bei dem Beispiel von 4 ist die elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs im Hinblick auf die elektrische Impulssequenz 430 des ersten Typs invertiert.
Das Lichterfassungselement 220 des ToF-Sensors 210 wird nacheinander basierend auf den elektrischen Impulssequenzen 430 des ersten Typs und den elektrischen Impulssequenzen 440 des zweiten Typs gemäß dem Modulationscode angesteuert. Wiederum Bezug nehmend auf das Beispiel von 5, bezeichnet die „1“ im Barker-Code die elektrische Impulssequenz 430 des ersten Typs und die „0“ bezeichnet die elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs. Dementsprechend wird das Lichterfassungselement 220 des ToF-Sensors 210 dreimal hintereinander basierend auf der elektrischen Impulssequenz 430 des ersten Typs, dann zweimal hintereinander basierend auf der elektrischen Impulssequenz 440 des zweiten Typs, dann einmal basierend auf der elektrischen Impulssequenz 430 des ersten Typs und schließlich einmal basierend auf der elektrischen Impulssequenz 430 des ersten Typs angesteuert. Anders ausgedrückt werden die elektrischen Impulssequenzen 430 des ersten Typs und die elektrischen Impulssequenzen 440 des zweiten Typs gemäß dem für die ToF-Messung gewählten Modulationscode verkettet.
Es ist zu beachten, dass die Länge der Sequenzen 410 und 420 des Beleuchtungssignals, die Länge der elektrischen Impulssequenzen 430 und 440 sowie die Länge des Modulationscodes 500 lediglich beispielhaft sind. Die Anzahl der Lichtimpulse in den Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs, die Anzahl der elektrischen Impulse in den elektrischen Impulssequenzen des ersten und zweiten Typs sowie die Länge der verwendeten Modulationscodes können länger oder kürzer sein als in den 4 und 5 dargestellt. Beispielsweise kann die Anzahl der Lichtimpulse in beispielhaften Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und/oder zweiten Typs oder beispielhaft und/oder die Anzahl der elektrischen Impulse in beispielhaften elektrischen Impulssequenzen des ersten und/oder zweiten Typs das u -fache der in 4 dargestellten Anzahl von Impulsen betragen. Ähnlich kann die Länge eines beispielhaften Modulationscodes das v -fache der Länge des Modulationscodes 500 betragen.
Gemäß dem Beispiel von 4 umfassen die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs die gleiche Anzahl von Lichtimpulsen. Bei anderen Beispielen können die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils eine erste Anzahl von Lichtimpulsen umfassen, wobei zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine zweite Anzahl von Lichtimpulsen umfassen kann, die sich von der ersten Anzahl von Lichtimpulsen unterscheidet. Die anderen Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs können die erste Anzahl von Lichtimpulsen umfassen. Beispielsweise können eine oder mehrere der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs mehr oder weniger Lichtimpulse umfassen als die Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs. Anders ausgedrückt können zumindest einige der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine andere Länge aufweisen als die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs. Das Variieren der Länge zumindest einiger der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs kann es zusammen mit dem Entwurf des Modulationscodes erlauben, den Anstieg der Amplitude der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion zu formen. So kann beispielsweise der Anstieg der Amplitude der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion eingestellt werden, um der Abnahme der Lichtintensität über die Distanz entgegenzuwirken. Anders ausgedrückt kann die Amplitude der periodischen Korrelationsfunktion über die Distanz quadratisch ansteigen.
Die Anzahl der Lichtimpulse in jeder der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs kann identisch zu der Anzahl der hohen Impulse der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs sein, ähnlich zu dem, was in 4 dargestellt ist. In 4 weist die erste Sequenz 410 des Beleuchtungssignals, die der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs entspricht, die gleiche Anzahl von Impulsen auf wie die elektrische Impulssequenz 430 des ersten Typs. Analog dazu kann die Anzahl der Lichtimpulse in jeder der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs identisch zu der Anzahl der hohen Impulse der elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs sein, wie in 4 dargestellt. In 4 weist die zweite Sequenz 420 des Beleuchtungssignals, die der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs entspricht, die gleiche Anzahl von Impulsen auf wie die elektrische Impulssequenz 440 des zweiten Typs.
Bei anderen Beispielen kann zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs eine Anzahl von Lichtimpulsen umfassen, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs. Zusätzlich oder alternativ kann zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine Anzahl von Lichtimpulsen umfassen, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs. Dies ist in 6 dargestellt.
Ähnlich zu 4 stellt 6 in Teilfigur (a) eine beispielhafte erste Sequenz 610 des Beleuchtungssignals dar, gemäß der das Beleuchtungselement 230 Lichtimpulse 202 in die Szene emittiert. Jeder hohe Impuls in der ersten Sequenz 610 des Beleuchtungssignals entspricht einem Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs. Analog dazu stellt 6 in Teilfigur (b) eine beispielhafte zweite Sequenz 620 des Beleuchtungssignals dar, gemäß der das Beleuchtungselement 230 Lichtimpulse 202 in die Szene emittiert. Jeder hohe Impuls in der zweiten Sequenz 620 des Beleuchtungssignals entspricht einem Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs. Wie die Sequenz 410 und 420 des Beleuchtungssignals unterscheiden sich auch die Sequenzen 610 und 620 des Beleuchtungssignals voneinander, sodass sich auch die entsprechend emittierten Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die entsprechend emittierten Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs voneinander unterscheiden. Insbesondere umfasst die erste Sequenz 610 des Beleuchtungssignals hohe Impulse nur an ungeraden Positionen (d. h. Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 3 & 5 sind hohe Impulse) und die zweite Sequenz 420 des Beleuchtungssignals umfasst hohe Impulse nur an geraden Positionen (d. h. Impulse an den Positionen/Zeitschlitzen 4 & 6 sind hohe Impulse), sodass die entsprechend emittierte Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs Lichtimpulse nur an ungeraden Positionen umfasst und die entsprechend emittierte Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs Lichtimpulse nur an geraden Positionen umfasst. Anders ausgedrückt umfasst die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs Lichtimpulse nur an Positionen, die sich von den Positionen der Lichtimpulse in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs unterscheiden.
Im Vergleich zu den Sequenzen 410 und 420 des Beleuchtungssignals wird in den Sequenzen 610 und 620 des Beleuchtungssignals der erste hohe Impuls und der letzte hohe Impuls übersprungen (ausgelassen).
Ähnlich zu 4 zeigt 6 in Teilfigur (c) eine beispielhafte elektrische Impulssequenz 630 des ersten Typs und in Teilfigur (d) eine beispielhafte elektrische Impulssequenz 640 des zweiten Typs. Die in 6 dargestellte elektrische Impulssequenz 630 und 640 ist identisch zu der in 4 dargestellten elektrischen Impulssequenz 430 und 440.
Die Anzahl von Impulsen in der ersten Sequenz 610 des Beleuchtungssignals und somit die Anzahl von Lichtimpulsen in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs ist kleiner als die Anzahl von hohen Impulsen in der elektrische Impulssequenz 630 des ersten Typs. Analog dazu ist die Anzahl von Impulsen in der zweiten Sequenz 620 des Beleuchtungssignals und somit die Anzahl von Lichtimpulsen in der Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs kleiner als die Anzahl von hohen Impulsen in der elektrischen Impulssequenz 640 des zweiten Typs.
Dementsprechend ist eine Zeitspanne von einem Beginn der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs bis zu dem ersten Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs länger als eine Zeitspanne von einem Beginn der elektrischen Impulssequenz 630 des ersten Typs bis zu dem ersten hohen Impuls in der elektrischen Impulssequenz 630 des ersten Typs. Analog dazu ist eine Zeitspanne von dem letzten Lichtimpuls in der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs bis zu einem Ende der Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs länger als eine Zeitspanne vom letzten hohen Impuls in der elektrischen Impulssequenz 630 des ersten Typs bis zu einem Ende der elektrischen Impulssequenz 630 des ersten Typs. Das Gleiche gilt für die Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs und die elektrische Impulssequenz 640 des zweiten Typs.
Die Verwendung dieser Beziehung zwischen den Lichtimpuls-Teilsequenzen und den elektrischen Impulssequenzen kann es erlauben, die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion der ToF-Messung zu formen. Dies ist in 7 beispielhaft dargestellt.
7 stellt zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 710 und 720 von zwei ersten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Für die beiden ersten ToF-Messungen werden die Lichtpuls-Teilsequenzen und die elektrischen Impulssequenzen wie in 6 dargestellt verwendet. Die Abszisse in 7 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der jeweiligen Korrelationsfunktion an. Der Messbereich des ToF-Sensors 210 ist in 7 nicht explizit dargestellt, reicht aber von 0 bis ca. 6,1 auf der Ordinate.
Wie die in 3 dargestellten Korrelationsfunktionen 310 und 320 weisen auch die Korrelationsfunktionen 710 und 720 einen sinusförmigen, d. h. periodischen, Verlauf (Form) mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 auf.
Im Vergleich zu den Korrelationsfunktionen 310 und 320 weisen die Korrelationsfunktionen 710 und 720 jedoch eine volle Periode (Schwingung (swing)) der maximalen Korrelation auf. In der Distanzregion 730 weist jede der Korrelationsfunktionen 710 und 720 eine volle Periode maximaler Korrelation auf. Die Verwendung von Korrelationsfunktionen, die eine maximale Korrelation über eine volle Periode bereitstellen, kann z. B. für die Lange-Distanz-ToF-Erfassung von Vorteil sein, da die empfangene Lichtstärke für längere Bereiche begrenzt sein kann. Dementsprechend kann das Überspringen des ersten und des letzten Lichtimpulses in zumindest einigen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs eine verbesserte ToF-Erfassung bei größeren Distanzbereichen erlauben.
Es ist jedoch beachten, dass die vorgeschlagene Technik nicht darauf beschränkt ist, nur den ersten und den letzten Lichtimpuls in einer oder mehreren der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs zu überspringen. In einer oder mehreren der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs können auch andere Impulse übersprungen werden. Die für die ToF-Erfassung verwendeten Beleuchtungselemente werden in Bezug auf die Lichtintensität der emittierten Lichtimpulse 202 immer leistungsfähiger. Um z. B. die Augensicherheitsvorschriften einzuhalten, kann die pro Zeiteinheit von einem Beleuchtungselement wie dem Beleuchtungselement 230 für eine ToF-Messung Menge des emittierten Lichts begrenzt werden. Impulse in den Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs können daher übersprungen werden, um die Menge des emittierten Lichts zu begrenzen. So können beispielsweise zwischen 10 % und 90 % der Impulse übersprungen werden.
Auch in diesem Fall weist jede der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine jeweilige Reihe von Lichtimpulsen gleicher Impulslänge auf. Die Impulsbeabstandung zu einem direkt benachbarten Lichtimpuls beträgt jedoch das (2 · m + 1) -fache der Impulslänge für einen oder mehrere der Lichtimpulse in der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen, wobei m ≥ 1. Die Impulsbeabstandung zum unmittelbar benachbarten Lichtimpuls ist gleich der Impulslänge (d. h. m = 0) für die anderen Lichtimpulse der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen.
Ein anderer Aspekt bei der ToF-Erfassung ist die Ambiguität der ToF-Messung. Der maximale, eindeutige Distanzbereich d_u einer ToF-Messung ist invers proportional zur Modulationsfrequenz f_mod: $d_{u} = \frac{c}{2 \cdot ƒ_{m o d}}$
Objekte, die über diese Distanz hinaus gemessen werden, werden umhüllt (wrapped around), um in den Bereich [0,d_u) zu fallen, wobei sie viel näher erscheinen, als sie tatsächlich sind. Eine Verringerung der Modulationsfrequenz f_mod würde es erlauben, den eindeutigen Distanzbereich d_u zu erweitern, führt jedoch zu einer geringeren Präzision der Distanzmessung.
Die Ambiguität der Distanzmessung kann durch das Ausführen zusätzlicher ToF-Messungen bei einer unterschiedlichen zweiten Modulationsfrequenz überwunden werden. Wiederum Bezug nehmend auf 1 und 2 kann das Verfahren 100 optional ferner die Ausführung 106, durch den ToF-Sensor 210, einer Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen unter Verwendung einer zweiten Modulationsfrequenz umfassen, um zweite Messwerte zu erhalten. Die zweite Modulationsfrequenz unterscheidet sich von der ersten Modulationsfrequenz (z. B. ist sie höher oder niedriger). Ähnlich zu dem, was vorangehend für die ersten ToF-Messungen beschrieben wurde, ist eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 auf. Der Schritt des Bestimmens 104 der Distanz des ToF-Sensors 210 zu dem Objekt 201 in der Szene basiert dann ferner auf den zweiten Messwerten.
Analog zu dem vorangehenden mathematischen Ausdruck (1) kann die zweite Modulationsfrequenz f_mod2 durch die Lichtgeschwindigkeit c und die Periodenlänge d_period2 der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen definiert werden: $ƒ_{mod2} = \frac{c}{2 \cdot d_{p e r i o d 2}}$
8 stellt in Teilfigur (a) zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 810 und 820 von zwei ersten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Ferner stellt 8 in Teilfigur (b) zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 830 und 840 von zwei zweiten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Die Abszisse in jeder der Teilfiguren von 8 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate in jeder der Teilfiguren von 8 gibt den Wert der jeweiligen Korrelationsfunktion an. Weiter dargestellt in 8 ist ein beispielhafter Messbereich 850 des ToF-Sensors 210.
Die Korrelationsfunktionen 810 und 820 für die erste Modulationsfrequenz f_mod1 sowie die Korrelationsfunktionen 830 und 840 für die zweite Modulationsfrequenz f_mod2 weisen einen sinusförmigen, d. h. periodischen, Verlauf (Form) mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs 850 des ToF-Sensors 210 auf. Die Korrelationsfunktionen 810 und 820 weisen die gleiche erste Periodenlänge auf. Die Korrelationsfunktionen 830 und 840 weisen die gleiche zweite Periodenlänge auf.
Analog zu dem, was vorangehend für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen beschrieben wurde, werden für die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen jeweils unterschiedliche Zeitversätze zwischen der jeweiligen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen 202, die während der jeweiligen zweiten ToF-Messung in die Szene emittiert werden, und dem jeweiligen Referenzsignal, das zur Ansteuerung des Lichterfassungselements 220 des ToF-Sensors 210 während der jeweiligen zweiten ToF-Messung verwendet wird, verwendet. Die für die zweiten ToF-Messungen verwendeten Zeitversätze sind ganzzahlige Mehrfache eines Bruchteils einer zweiten Periodenlänge T₂, die durch die Inverse der zweiten Modulationsfrequenz f_mod2, gegeben ist, das heißt: $T_{2} = \frac{1}{ƒ_{m o d 2}}$
Beispielsweise können Zeitversätze n · T₂/4 mit n = 0,1 verwendet werden, wenn zwei zweite ToF-Messungen ausgeführt werden. In ähnlicher Weise können Zeitversätze n · T₂/4 mit n = 0,1, 2, 3 verwendet werden, wenn vier zweite ToF-Messungen ausgeführt werden. Die Sequenzen von modulierten Lichtimpulsen 202, die während der zweiten ToF-Messungen in die Szene emittiert werden, können identisch sein. Dementsprechend können die für die zweiten ToF-Messungen verwendeten Referenzsignale um n · T₁/4 zeitverschoben sein.
Wie vorangehend beschrieben, wird das Objekt 201, wenn es über die eindeutige Distanz d_u1 der ersten ToF-Messungen hinaus positioniert ist, umhüllt, um in den eindeutigen Distanzbereich [0,d_u1) der ersten ToF-Messungen zu fallen. Ist das Objekt 201 über die eindeutige Distanz d_u2 der zweiten ToF-Messungen hinaus positioniert, wird es analog dazu umhüllt, um in den eindeutigen Distanzbereich [0,d_u2) der zweiten ToF-Messungen zu fallen. Dementsprechend erscheint das Objekt 201 viel näher, als es tatsächlich ist.
Anders ausgedrückt geben die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen sowie die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen jeweils einige mögliche Distanzen für das Objekt 201 an.
Die möglichen Distanzen des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 für die ersten ToF-Messungen sind gegeben durch: $d_{1} = \frac{c}{2} \cdot \frac{φ_{1}}{2 π \cdot ƒ_{m o d 1}} + k_{1} \cdot \frac{c}{2 \cdot ƒ_{m o d 1}} = \frac{c}{2} \cdot \frac{φ_{1}}{2 π \cdot ƒ_{m o d 1}} + k_{1} \cdot d_{u 1}$
φ₁ gibt den aus den ersten Messwerten bestimmten Phasenwert an, z. B. gemäß einem der mathematischen Ausdrücke (3) und (4). Der erste Term des mathematischen Ausdrucks (11) entspricht dem obigen mathematischen Ausdruck (7). Der zweite Term des mathematischen Ausdrucks (11) basiert auf dem obigen mathematischen Ausdruck (8) und beschreibt, dass die tatsächliche Distanz des Objekts 201 aufgrund der Phasenumhüllung (phase wrapping) um das k₁ -fache der eindeutigen Distanz d_u1 der ersten ToF-Messungen größer sein kann als die gemäß dem mathematischen Ausdruck (7) bestimmte Distanz, wobei k₁ = 0,1,2, ....
Analog dazu sind die möglichen Distanzen des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 für die zweite ToF-Messung gegeben durch: $d_{2} = \frac{c}{2} \cdot \frac{φ_{2}}{2 π \cdot ƒ_{m o d 2}} + k_{2} \cdot \frac{c}{2 \cdot ƒ_{m o d 2}} = \frac{c}{2} \cdot \frac{φ_{2}}{2 π \cdot ƒ_{m o d 2}} + k_{2} \cdot d_{u 2}$
φ₂ gibt den aus den zweiten Messwerten bestimmten Phasenwert an, z. B. gemäß einem der mathematischen Ausdrücke (3) und (4). Der erste Term des mathematischen Ausdrucks (12) entspricht dem obigen mathematischen Ausdruck (7). Der zweite Term des mathematischen Ausdrucks (12) basiert auf dem obigen mathematischen Ausdruck (8) und beschreibt, dass die tatsächliche Distanz des Objekts 201 um das k₂-fache der eindeutigen Distanz d_u2 der zweiten ToF-Messungen größer sein kann als die gemäß dem mathematischen Ausdruck (7) bestimmte Distanz, wobei k₂ = 0,1,2, ....
Dies ist in 9 beispielhaft dargestellt. 9 zeigt die möglichen Distanzen des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 für ToF-Messungen mit zwei verschiedenen Modulationsfrequenzen. Die erste Modulationsfrequenz beträgt etwa 150 MHz, sodass die eindeutige Distanz d_u1 der ersten ToF-Messungen 1 m beträgt. Die zweite Modulationsfrequenz beträgt etwa 100 MHz, sodass die eindeutige Distanz d_u2 der zweiten ToF-Messungen 1,5 m beträgt.
Der basierend auf den ersten Messwerten bestimmte Phasenwert φ₁ ist derart, dass die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 gemäß dem mathematischen Ausdruck (7) 1 m beträgt. Diese Distanz wird in 9 als Distanz d_{1_0} bezeichnet. Wie durch den mathematischen Ausdruck (11) angezeigt, kann die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 jedoch auch 1 ·1m, 2 · 1m, ... größer sein. Die möglichen Distanzen für k₁ = 1 und k₁ = 2 sind in 9 als d_{1_1} und d_{1_2} bezeichnet.
Analog dazu ist der basierend auf den zweiten Messwerten bestimmte Phasenwert φ₂ derart, dass die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 gemäß dem mathematischen Ausdruck (7) 1,5 m beträgt. Diese Distanz wird in 9 als Distanz d_{2_0} bezeichnet. Wie durch den mathematischen Ausdruck (12) angezeigt, kann die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 jedoch auch 1 · 1.5m, 2 · 1.5m, ... größer sein. Die mögliche Distanz für k₂ = 1 wird in 9 als d_{2_1} bezeichnet.
Die mathematischen Ausdrücke (11) und (12) sind nur für eine bestimmte Distanz, d. h. für ein bestimmtes Wertepaar für die Parameter k₁ und k₂ übereinstimmend. So kann beispielsweise bestimmt werden, für welche ganzzahligen Werte der Parameter k₁ und k₂ die Distanzen d₁ und d₂ gemäß den mathematischen Ausdrücken (11) und (12) identisch zueinander sind oder sich um weniger als einen Schwellenwert (zur Berücksichtigung der begrenzten Messgenauigkeit) voneinander unterscheiden. Dementsprechend kann eine erste Distanzschätzung d₁ gemäß dem mathematischen Ausdruck (11) basierend auf den ersten Messwerten bestimmt werden. Analog dazu kann eine zweite Distanzschätzung d₂ gemäß dem mathematischen Ausdruck (12) basierend auf den zweiten Messwerten bestimmt werden.
Bei dem Beispiel von 9 sind die mathematischen Ausdrücke (11) und (12) nur für k₁ = 2 und k₂ = 1 übereinstimmend, sodass die erste Distanzschätzung d₁ = 3m und auch die zweite Distanzschätzung d₂ = 3m.
Die Distanz d zu dem Objekt 201 kann basierend auf der ersten Distanzschätzung d₁ und der zweiten Distanzschätzung d₂ bestimmt werden. Beispielsweise können beide Distanzschätzungen gemittelt werden, um Messfehler der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen zu berücksichtigen: $d = \frac{d_{1} + d_{2}}{2}$
Bei anderen Beispielen kann gewichtete Mittelwertbildung verwendet werden: $d = w_{1} \cdot d_{1} + w_{2} \cdot d_{2}$
Die Gewichte w₁ und w₂ können auf verschiedenen Parametern wie der ersten und zweiten Modulationsfrequenz oder den Amplituden der ersten und zweiten Messwerte basieren.
Der Verlauf (die Form) der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen kann analog zu dem, was für die Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von ToF-Ersten-Messungen beschrieben wurde, mittels der emittierten modulierten Lichtimpulse und der zur Ansteuerung des Lichterfassungselements 220 verwendeten Referenzsignale eingestellt werden. Dies wird im Folgenden für eine der zweiten ToF-Messungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass die im Folgenden beschriebenen Aspekte auch für die anderen ersten ToF-Messungen verwendet werden können.
Ähnlich zu dem, was vorangehend beschrieben wurde, wird bei der Ausführung der zweiten ToF-Messung eine andere Sequenz von modulierten Lichtimpulsen 202 in die Szene emittiert. Die andere Sequenz von modulierten Lichtimpulsen ist eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines dritten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines vierten Typs gemäß einem anderen Modulationscode. Die Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des vierten Typs unterscheiden sich voneinander, ähnlich zu dem, was vorangehend beschrieben wurde. Insbesondere umfassen die Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten Typs jeweils Lichtimpulse an dritten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des dritten Typs (z. B. ungeraden Positionen) und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des vierten Typs umfassen jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des vierten Typs, die sich von den dritten Positionen unterscheiden (z. B. geraden Positionen). Impulslängen und Impulsbeabstandungen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten und des vierten Typs unterscheiden sich von den Impulslängen und Impulsbeabstandungen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und des zweiten Typs aufgrund der unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, die für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen verwendet werden. Abgesehen davon können auf die Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten und des vierten Typs die gleichen Grundsätze angewendet werden wie diejenigen, die vorangehend für die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten und zweiten Typs beschrieben wurden.
Ferner wird das Lichterfassungselement 220 des ToF-Sensors 210 bei der Ausführung der zweiten ToF-Messung basierend auf einem anderen Referenzsignal angesteuert - ähnlich zu dem, was vorangehend beschrieben wurde. Das andere Referenzsignal umfasst eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines dritten Typs und elektrischen Impulssequenzen eines vierten Typs gemäß dem anderen Modulationscode. Die elektrischen Impulssequenzen des dritten Typs und die elektrischen Impulssequenzen des vierten Typs unterscheiden sich voneinander, ähnlich zu dem, was vorangehend beschrieben wurde. Insbesondere umfassen die elektrischen Impulssequenzen des dritten Typs jeweils hohe Impulse an vierten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des dritten Typs (z. B. ungeraden Positionen) und die elektrischen Impulssequenzen des vierten Typs umfassen jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des vierten Typs, die sich von den vierten Positionen unterscheiden (z. B. geraden Positionen). Impulslängen der hohen und niedrigen Impulse in den elektrischen Impulssequenzen des dritten und des vierten Typs unterscheiden sich von den Impulslängen der hohen und niedrigen Impulse in den elektrischen Impulssequenzen des ersten und zweiten Typs aufgrund der unterschiedlichen Modulationsfrequenzen, die für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen verwendet werden. Abgesehen davon können auf die elektrischen Impulssequenzen des dritten und des vierten Typs die gleichen Grundsätze angewendet werden wie diejenigen, die vorangehend für die elektrischen Impulssequenzen des ersten und des zweiten Typs beschrieben wurden.
Der Modulationscode für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und der andere Modulationscode für die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen können identisch zueinander sein oder sich voneinander unterscheiden. Derselbe andere Modulationscode wird für die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen verwendet. So wird beispielsweise bei dem Beispiel von 8 für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen derselbe Modulationscode verwendet. Infolgedessen weisen die Korrelationsfunktionen 830 und 840 der beiden zweiten ToF-Messungen ihre höchsten Amplituden in einer etwas anderen Distanzregion auf als die Korrelationsfunktionen 810 und 820 der beiden ersten ToF-Messungen.
Für die oben beschriebene Phasenumhüllung kann es von Vorteil sein, die höchsten Amplituden der Korrelationsfunktionen sowohl der ersten ToF-Messungen als auch der zweiten ToF-Messungen im Wesentlichen in der gleichen Distanzregion aufzuweisen. Die jeweilige Lage der höchsten Amplituden kann über den jeweiligen Modulationscode eingestellt werden, der für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen verwendet wird. Anders ausgedrückt können sich der Modulationscode für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und der andere Modulationscode für die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen voneinander unterscheiden, um die höchsten Amplituden der jeweiligen Korrelationsfunktionen derart zu verschieben, dass sie im Wesentlichen die gleiche Distanzregion sind. Zum Beispiel können die Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ihre jeweilige maximale Amplitude bei ersten Distanzen aufweisen und die Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen können ihre jeweilige maximale Amplitude bei zweiten Distanzen aufweisen, sodass sich die ersten Distanzen um weniger als 20 %, 10 % oder 5 % von den zweiten Distanzen unterscheiden.
Dies ist in 10 beispielhaft dargestellt. 10 stellt in Teilfigur (a) zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 1010 und 1020 von zwei ersten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Ferner stellt 10 in Teilfigur (b) zwei beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktionen 1030 und 1040 von zwei zweiten ToF-Messungen durch den ToF-Sensor 210 dar. Die Abszisse in jeder der Teilfiguren von 10 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate in jeder der Teilfiguren von 10 gibt den Wert der jeweiligen Korrelationsfunktion an. Der Messbereich des ToF-Sensors 210 ist in 10 nicht explizit dargestellt, reicht aber von 0 bis ca. 4,3 auf der Ordinate.
Die Korrelationsfunktionen 1010 und 1020 für die erste Modulationsfrequenz f_mod1 sowie die Korrelationsfunktionen 1030 und 1040 für die zweite Modulationsfrequenz f_mod2 weisen einen sinusförmigen, d. h. periodischen, Verlauf (Form) mit ansteigender Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors 210 auf.
Ein erster Modulationscode wird für die beiden ersten ToF-Messungen verwendet und ein unterschiedlicher zweiter wird für die beiden zweiten ToF-Messungen verwendet. Wie aus 10 ersichtlich ist, weisen die Korrelationsfunktionen 1010 und 1020 der beiden ersten ToF-Messungen sowie die Korrelationsfunktionen 1030 und 1040 der beiden zweiten ToF-Messungen ihre jeweilige höchste Amplitude bei ca. Distanz 4 auf der Ordinate auf, d. h. bei im Wesentlichen der gleichen Distanz.
Ferner können der Modulationscode für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und der andere Modulationscode für die Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen unterschiedlich zueinander gewählt werden, um sicherzustellen, dass die Amplituden der Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen und die Amplituden der Korrelationsfunktionen der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen über die Distanz ähnlich (in einer ähnlichen Weise) zunehmen.
Die Beispiele, wie sie hierin beschrieben sind, können wie folgt zusammengefasst werden:

Ein Beispiel betrifft ein Verfahren zur ToF-Erfassung einer Szene. Das Verfahren umfasst ein Ausführen, durch einen ToF-Sensor, einer Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz, um erste Messwerte zu erhalten. Eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ist periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors auf. Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Bestimmen einer Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten.

Bei einigen Beispielen werden für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen jeweils unterschiedliche Zeitversätze zwischen einer jeweiligen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen, die während der jeweiligen ersten ToF-Messung in die Szene emittiert werden, und einem jeweiligen Referenzsignal, das zur Ansteuerung eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors während der jeweiligen ersten ToF-Messung verwendet wird, verwendet.
Gemäß einigen Beispielen sind die für die ToF-Messungen verwendeten Zeitversätze ganzzahlige Mehrfache eines Bruchteils einer ersten Periodenlänge, welche durch die Inverse der ersten Modulationsfrequenz gegeben ist.
Bei einigen Beispielen sind die Sequenzen von modulierten Lichtimpulsen, die während der ersten ToF-Messungen in die Szene emittiert werden, identisch.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Ausführen einer der ersten ToF-Messungen ein Emittieren einer Sequenz von modulierten Lichtimpulsen in die Szene, wobei die Sequenz von modulierten Lichtimpulsen eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines ersten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines zweiten Typs gemäß einem Modulationscode ist, und wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils Lichtimpulse an ersten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs umfassen und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs umfassen, die sich von den ersten Positionen unterscheiden.
Bei einigen Beispielen umfassen die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils eine erste Anzahl von Lichtimpulsen, wobei zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine zweite Anzahl von Lichtimpulsen umfasst, die sich von der ersten Anzahl von Lichtimpulsen unterscheidet.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Ausführen der einen der ersten ToF-Messungen ferner ein Ansteuern eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines ersten Typs und von elektrischen Impulssequenzen eines zweiten Typs gemäß dem Modulationscode umfasst, und wobei die elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs jeweils hohe Impulse an zweiten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des ersten Typs umfassen und die elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des zweiten Typs umfassen, die sich von den zweiten Positionen unterscheiden.
Bei einigen Beispielen umfasst zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs eine Anzahl von Lichtimpulsen, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs, und/oder zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs umfasst eine Anzahl von Lichtimpulsen, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs.
Gemäß einigen Beispielen ist eine Zeitspanne von einem Beginn der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs bis zu einem ersten Lichtimpuls in der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs länger als eine Zeitspanne von einem Beginn einer der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs bis zu einem ersten hohen Impuls in der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs, und/oder wobei eine Zeitspanne von einem letzten Lichtimpuls in der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs bis zu einem Ende der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs länger ist als eine Zeitspanne von einem letzten hohen Impuls in der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs bis zu einem Ende der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs.
Bei einigen Beispielen weist jede der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine jeweilige Reihe von Lichtimpulsen gleicher Impulslänge auf, wobei eine Impulsbeabstandung zu einem direkt benachbarten Lichtimpuls das (2 · m + 1)-fache der Impulslänge für einen oder mehrere der Lichtimpulse in der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen ist, wobei m ≥ 1, und wobei die Impulsbeabstandung zu dem direkt benachbarten Lichtimpuls gleich der Impulslänge für die anderen Lichtimpulse in der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen ist.
Gemäß einigen Beispielen weisen die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs einen gleichen Tastgrad auf.
Bei einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner ein Ausführen, durch den ToF-Sensor, einer Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen unter Verwendung einer zweiten Modulationsfrequenz, um zweite Messwerte zu erhalten, wobei eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen periodisch ist und eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors aufweist, und wobei das Bestimmen der Distanz zu dem Objekt in der Szene ferner auf den zweiten Messwerten basiert.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Bestimmen der Distanz zu dem Objekt in der Szene: Bestimmen einer ersten Distanzschätzung basierend auf den ersten Messwerten; Bestimmen einer zweiten Distanzschätzung basierend auf den zweiten Messwerten; und Bestimmen der Distanz zu dem Objekt in der Szene basierend auf der ersten Distanzschätzung und der zweiten Distanzschätzung.
Bei einigen Beispielen weisen die Korrelationsfunktionen der ersten ToF-Messungen ihre jeweilige maximale Amplitude bei ersten Distanzen auf, wobei die Korrelationsfunktionen der zweiten ToF-Messungen ihre jeweilige maximale Amplitude bei zweiten Distanzen aufweisen und wobei die ersten Distanzen sich um weniger als 20 % von den zweiten Distanzen unterscheiden.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Ausführen einer der zweiten ToF-Messungen: Emittieren einer anderen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen in die Szene, wobei die andere Sequenz von modulierten Lichtimpulsen eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines dritten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines vierten Typs gemäß einem anderen Modulationscode ist, wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten Typs jeweils Lichtimpulse an dritten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des dritten Typs umfassen und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des vierten Typs jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des vierten Typs umfassen, die sich von den dritten Positionen unterscheiden.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Ausführen der einen der zweiten ToF-Messungen ferner: Ansteuern eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors basierend auf einem anderen Referenzsignal, wobei das andere Referenzsignal eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines dritten Typs und von elektrischen Impulssequenzen eines vierten Typs gemäß dem anderen Modulationscode umfasst, wobei die elektrischen Impulssequenzen des dritten Typs jeweils hohe Impulse an vierten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des dritten Typs umfassen und die elektrischen Impulssequenzen des vierten Typs jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des vierten Typs umfassen, die sich von den vierten Positionen unterscheiden.
Ein anderes Beispiel betrifft eine Vorrichtung zur ToF-Erfassung einer Szene. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz auszuführen, um erste Messwerte zu erhalten. Eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen ist periodisch und weist eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors auf. Zusätzlich umfasst die Vorrichtung eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, eine Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten zu bestimmen.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung können ToF-Messungen mit zunehmender Korrelation zur Blendungsreduzierung ermöglichen. Die ToF-Messung mit einer Korrelationsfunktion, die über die Distanz steigt, kann es erlauben, die Objektblendung in unmittelbarer Nähe zu vermeiden. Die vorliegende Offenbarung kann die ToF-Erfassung für viele Anwendungen verbessern, wie z. B. die Langbereich-ToF-Erfassung an der Vorderseite von Fahrzeugen (Autos).
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Es versteht sich ferner, dass die Offenbarung mehrerer, in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als zwingend in der beschriebenen Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht im Einzelfall explizit angegeben oder aus technischen Gründen zwingend erforderlich ist. Daher wird durch die vorhergehende Beschreibung die Durchführung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt. Ferner kann bei weiteren Beispielen ein einzelner Schritt, eine einzelne Funktion, ein einzelner Prozess oder eine einzelne Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen umfassen und/oder in dieselben aufgebrochen werden.
Falls einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung oder einem System beschrieben wurden, sind diese Aspekte auch als eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens zu verstehen. Zum Beispiel kann ein Block, eine Vorrichtung oder ein funktionaler Aspekt der Vorrichtung oder des Systems einem Merkmal, wie beispielsweise einem Verfahrensschritt, des entsprechenden Verfahrens entsprechen. Entsprechend sind Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch als eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks, eines entsprechenden Elements, einer Eigenschaft oder eines funktionalen Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung oder eines entsprechenden Systems zu verstehen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand irgendeines anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für irgendeinen anderen unabhängigen Anspruch umfasst sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt als abhängig von diesem anderen unabhängigen Anspruch definiert ist.

Claims

Ein Verfahren (100) zur Laufzeit-, ToF-, Erfassung einer Szene, das Verfahren (100) umfassend: Ausführen (102), durch einen ToF-Sensor, einer Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz, um erste Messwerte zu erhalten, wobei eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen periodisch ist und eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors aufweist; und Bestimmen (104) einer Distanz zu einem Objekt in der Szene basierend auf den ersten Messwerten.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei für die Mehrzahl von ersten ToF-Messungen jeweils unterschiedliche Zeitversätze zwischen einer jeweiligen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen, die während der jeweiligen ersten ToF-Messung in die Szene emittiert werden, und einem jeweiligen Referenzsignal, das zur Ansteuerung eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors während der jeweiligen ersten ToF-Messung verwendet wird, verwendet werden.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 2, wobei die für die ToF-Messungen verwendeten Zeitversätze ganzzahlige Mehrfache eines Bruchteils einer ersten Periodenlänge, welche durch die Inverse der ersten Modulationsfrequenz gegeben ist, sind.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Sequenzen von modulierten Lichtimpulsen, die während der ersten ToF-Messungen in die Szene emittiert werden, identisch sind.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das Ausführen einer der ersten ToF-Messungen umfassend: Emittieren einer Sequenz von modulierten Lichtimpulsen in die Szene, wobei die Sequenz von modulierten Lichtimpulsen eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines ersten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines zweiten Typs gemäß einem Modulationscode ist, wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils Lichtimpulse an ersten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des ersten Typs umfassen und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des zweiten Typs umfassen, die sich von den ersten Positionen unterscheiden.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 5, wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs jeweils eine erste Anzahl von Lichtimpulsen umfassen, und wobei zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine zweite Anzahl von Lichtimpulsen umfasst, die sich von der ersten Anzahl von Lichtimpulsen unterscheidet.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 5 oder Anspruch 6, das Ausführen der einen der ersten ToF-Messungen ferner umfassend: Ansteuern eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines ersten Typs und von elektrischen Impulssequenzen eines zweiten Typs gemäß dem Modulationscode umfasst, wobei die elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs jeweils hohe Impulse an zweiten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des ersten Typs umfassen und die elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des zweiten Typs umfassen, die sich von den zweiten Positionen unterscheiden.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 7, wobei zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs eine Anzahl von Lichtimpulsen umfasst, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs, und/oder wobei zumindest eine der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine Anzahl von Lichtimpulsen umfasst, die kleiner ist als eine jeweilige Anzahl von hohen Impulsen in den elektrischen Impulssequenzen des zweiten Typs.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 8, wobei eine Zeitspanne von einem Beginn der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs bis zu einem ersten Lichtimpuls in der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs länger ist als eine Zeitspanne von einem Beginn einer der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs bis zu einem ersten hohen Impuls in der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs, und/oder wobei eine Zeitspanne von einem letzten Lichtimpuls in der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs bis zu einem Ende der zumindest einen der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs länger ist als eine Zeitspanne von einem letzten hohen Impuls in der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs bis zu einem Ende der einen der elektrischen Impulssequenzen des ersten Typs.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei jede der Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und der Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs eine jeweilige Reihe von Lichtimpulsen gleicher Impulslänge aufweist, wobei eine Impulsbeabstandung zu einem direkt benachbarten Lichtimpuls das (2 · m + 1)-fache der Impulslänge für einen oder mehrere der Lichtimpulse in der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen ist, wobei m ≥ 1, und wobei die Impulsbeabstandung zu dem direkt benachbarten Lichtimpuls gleich der Impulslänge für die anderen Lichtimpulse in der jeweiligen Reihe von Lichtimpulsen ist.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des ersten Typs und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des zweiten Typs einen gleichen Tastgrad aufweisen.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: Ausführen (106), durch den ToF-Sensor, einer Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen unter Verwendung einer zweiten Modulationsfrequenz, um zweite Messwerte zu erhalten, wobei eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von zweiten ToF-Messungen periodisch ist und eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb des Messbereichs des ToF-Sensors aufweist, wobei das Bestimmen (104) der Distanz zu dem Objekt in der Szene ferner auf den zweiten Messwerten basiert.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 12, das Bestimmen (104) der Distanz zu dem Objekt in der Szene umfassend: Bestimmen einer ersten Distanzschätzung basierend auf den ersten Messwerten; Bestimmen einer zweiten Distanzschätzung basierend auf den zweiten Messwerten; und Bestimmen der Distanz zu dem Objekt in der Szene basierend auf der ersten Distanzschätzung und der zweiten Distanzschätzung.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Korrelationsfunktionen der ersten ToF-Messungen ihre jeweilige maximale Amplitude bei ersten Distanzen aufweisen, wobei die Korrelationsfunktionen der zweiten ToF-Messungen ihre jeweilige maximale Amplitude bei zweiten Distanzen aufweisen und wobei die ersten Distanzen sich um weniger als 20 % von den zweiten Distanzen unterscheiden.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, das Ausführen einer der zweiten ToF-Messungen umfassend: Emittieren einer anderen Sequenz von modulierten Lichtimpulsen in die Szene, wobei die andere Sequenz von modulierten Lichtimpulsen eine Folge von Lichtimpuls-Teilsequenzen eines dritten Typs und Lichtimpuls-Teilsequenzen eines vierten Typs gemäß einem anderen Modulationscode ist, wobei die Lichtimpuls-Teilsequenzen des dritten Typs jeweils Lichtimpulse an dritten Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des dritten Typs umfassen und die Lichtimpuls-Teilsequenzen des vierten Typs jeweils Lichtimpulse nur an Positionen der jeweiligen Lichtimpuls-Teilsequenz des vierten Typs umfassen, die sich von den dritten Positionen unterscheiden.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 15, das Ausführen der einen der zweiten ToF-Messungen ferner umfassend: Ansteuern eines Lichterfassungselements des ToF-Sensors basierend auf einem anderen Referenzsignal, wobei das andere Referenzsignal eine Folge von elektrischen Impulssequenzen eines dritten Typs und von elektrischen Impulssequenzen eines vierten Typs gemäß dem anderen Modulationscode umfasst, wobei die elektrischen Impulssequenzen des dritten Typs jeweils hohe Impulse an vierten Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des dritten Typs umfassen und die elektrischen Impulssequenzen des vierten Typs jeweils hohe Impulse nur an Positionen der jeweiligen elektrischen Impulssequenz des vierten Typs umfassen, die sich von den vierten Positionen unterscheiden.
Eine Vorrichtung (200) zur Laufzeit-, ToF-, Erfassung einer Szene, die Vorrichtung (200) umfassend: einen ToF-Sensor (210), der ausgebildet ist, eine Mehrzahl von ersten ToF-Messungen unter Verwendung einer ersten Modulationsfrequenz auszuführen, um erste Messwerte zu erhalten, wobei eine jeweilige Korrelationsfunktion jeder der Mehrzahl von ersten ToF-Messungen periodisch ist und eine ansteigende Amplitude über die Distanz innerhalb eines Messbereichs des ToF-Sensors aufweist; und eine Verarbeitungsschaltung (240), die ausgebildet ist, eine Distanz zu einem Objekt (201) in der Szene basierend auf den ersten Messwerten zu bestimmen.