DE102021114295A1

DE102021114295A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen eines intensitätswertes, der eine intensität von licht, das von einem objekt in einer szene reflektiert wird, darstellt

Info

Publication number: DE102021114295A1
Application number: DE102021114295.4A
Authority: DE
Inventors: Armin Josef Schoenlieb; Hannes Plank
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN115436960A; DE102021114295A8; US20220390575A1

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer Laufzeit- (ToF-) Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Intensitätserfassung von Laufzeit- (ToF-; Time-of-Flight) Sensoren. Insbesondere betreffen Beispiele ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt.
Hintergrund
Eine herkömmliche ToF-Kamera misst die Distanz durch Emittieren von Nahinfrarotlicht. Bei verschiedenen Anwendungen, wie beispielsweise der Gesichtserkennung, ist die detaillierte Tiefe nicht das primäre Messziel. Wichtiger ist ein Graustufenbild, das die Menge des reflektierten Lichts anzeigt. Dieses Bild kann zum Beispiel durch Integrieren des empfangenen Lichts in einen der Ladungsbehälter erzeugt werden. Die Anzahl der Elektronen in dem Behälter ist ein direkter Hinweis auf die Menge des reflektierten Lichts. Bei anderen Ansätzen wird das Graustufenbild basierend auf einer Amplitude der gemessenen Korrelation erzeugt. Halbtransparente Objekte, die den Bildgeber verdecken, führen Reflexionen ein, die bei der Messung unerwünscht sind.
Somit besteht ein Bedarf für verbesserte Intensitätserfassung unter Verwendung von ToF-Sensoren.
Zusammenfassung
Der Bedarf kann durch den Gegenstand der angehängten Ansprüche erfüllt sein.
Ein Beispiel betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.
Ein anderes Beispiel betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung 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 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Intensitätswertes;
2 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes;
3 zeigt eine beispielhafte Korrelationsfunktion;
4 zeigt eine beispielhafte Beziehung zwischen Plateaubegrenzungen und einem Tastgrad von moduliertem Licht;
5A bis 5E zeigen eine beispielhafte Beziehung zwischen einer Korrelationsfunktion und einer Zeitverschiebung zwischen moduliertem Licht und einem Referenzsignal; und
6 zeigt eine weitere beispielhafte Korrelationsfunktion.

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 zeigt ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens 100 zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren 100 wird im Folgenden ferner unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, die eine beispielhafte Vorrichtung 200 zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt 201 in einer Szene reflektiert wird, darstellt, zeigt.
Die Vorrichtung 200 umfasst einen ToF-Sensor 210. Der ToF-Sensor 200 umfasst ein Beleuchtungselement (Schaltungsanordnung, Bauelement) 230 zum Emittieren von moduliertem Licht 202 zu einer das Objekt 201 umfassenden Szene und ein Lichterfassungselement (Schaltungsanordnung, Bauelement) 220 zum Erfassen des von der Szene empfangenen Lichts 203.
Das Beleuchtungselement 230 erzeugt das modulierte Licht 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 ein Durchführen 102 einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors 210. Das Beleuchtungselement 230 emittiert das modulierte Licht 202 während der ToF-Messung zu der Szene. Ferner wird das zumindest eine photosensitive Element oder Pixel basierend auf dem Referenzsignal während der ToF-Messung angesteuert. Das Referenzsignal weist eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer auf. Analog weist das modulierte Licht 202 eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge (Dauer) und gleicher Pulsbeabstandung auf. Anders ausgedrückt, es wird eine Dauerstrich- (CW; Continuous Wave) ToF-Messung durchgeführt.
Die Parameter des ToF-Sensors 210 werden derart eingestellt, dass eine (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion des zumindest einen photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 ein Plateau (d. h. einen im Wesentlichen konstanten Wert) in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion gibt die distanzabhängige Korrelation des empfangenen Lichts 203 des photosensitiven Pixels mit dem Referenzsignal an, und ohne die Intensität des Lichts 203 zu berücksichtigen (d. h. diese zu ignorieren, nicht zu berücksichtigen). Anders ausgedrückt, die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion beschreibt nur die Distanzabhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels (d. h. die Abhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201), nicht aber die Abhängigkeit der Ausgabe des photosensitiven Pixels von der Intensität des empfangenen Lichts 203. Falls der ToF-Sensor 210 eine Mehrzahl von photosensitiven Pixeln aufweist, kann die jeweilige (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion jedes photosensitiven Pixels wie oben beschrieben eingestellt werden.
3 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 310. Die Abszisse in 3 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der Korrelationsfunktion 310 an. Ferner bezeichnen die Distanzwerte „Dist-min“ und „Dist-max“ die Begrenzungen eines beispielhaften Zielmessbereichs 320 des ToF-Sensors 210. Das Objekt 201 befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs 320.
Wie aus 3 ersichtlich ist, weist die Korrelationsfunktion 310 in dem Zielmessbereich 320 ein Plateau auf. Anders ausgedrückt, die Korrelationsfunktion 310 ist in dem Zielmessbereich 320 „flach“ und weist daher in dem Zielmessbereich 320 im Wesentlichen den gleichen Wert auf.
Aufgrund des konstanten Wertes der Korrelationsfunktion 310 in dem Zielmessbereich 320 ist die ToF-Messung nicht empfindlich gegenüber der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 in dem Zielmessbereich 320.
Die (tatsächliche) Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung skaliert mit der Intensität (d. h. der Lichtstärke) des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203. Beispielsweise kann die Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung durch das Produkt aus der Intensität des empfangenen Lichts 203 während der ToF-Messung und dem Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion in der Distanz des Objekts 201, das die empfangenen Reflexionen verursacht, bestimmt werden. Dementsprechend skaliert die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 mit der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203, für den Fall, dass sich das Objekt 201 innerhalb des Zielmessbereichs 320 befindet, nicht aber mit der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Anders ausgedrückt, die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 ist proportional zu der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 - unabhängig von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Daher ermöglicht die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 die Charakterisierung der Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 bei Verwendung einer Korrelationsfunktion für die ToF-Messung wie oben beschrieben.
Wieder Bezug nehmend auf 1 umfasst das Verfahren 100 ferner ein Bestimmen 104 eines Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung. Der Intensitätswert stellt die Intensität des von dem Objekt 201 in der Szene reflektierten Lichts 203 dar. Beispielsweise kann das Bestimmen 104 des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung umfassen. Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 kann z. B. skaliert und/oder versatz-korrigiert werden, um den Intensitätswert zu erhalten. Dementsprechend können verschiedene Fehler (z. B. Rauschen) korrigiert werden.
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, den Intensitätswert, der die Intensität des von dem Objekt 201 reflektierten Lichts 203 anzeigt, basierend auf der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung zu bestimmen.
Obwohl die Verarbeitungsschaltung 240 bei dem Beispiel von 2 als separates Element dargestellt ist, kann die Verarbeitungsschaltung 240 bei alternativen Beispielen in den ToF-Sensor 210 integriert sein.
Die Verarbeitungsschaltung 240 kann ferner Daten ausgeben, die den Intensitätswert anzeigen. Zum Beispiel kann die Verarbeitungsschaltung 240 ausgebildet ist, ein Graustufenbild der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt, zu erzeugen. Das Verfahren 100 kann einen entsprechenden Verfahrensschritt umfassen. Falls eine Mehrzahl des photosensitiven Pixels verwendet wird, kann das Graustufenbild der Szene eine Mehrzahl von Pixel umfassen, die jeweils den bestimmten Intensitätswert eines Jeweiligen der photosensitiven Pixel des ToF-Sensors 210 darstellen. Die Ausgabedaten der Verarbeitungsschaltung 240 können für verschiedene Anwendungen wie z. B. Gesichtserkennung verwendet werden.
Die Vorrichtung 200 kann ferner andere Hardware - herkömmliche und/oder kundenspezifische - umfassen.
Anders ausgedrückt, es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen der von dem Objekt 201 reflektierten Lichtmenge vorgeschlagen, das/die nur eine einzige Messung mit dem ToF-Sensor 210 erfordert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen erfordert das vorgeschlagene Verfahren keine Tiefenmessungen zum Erhalten der Intensitätsinformationen. Zum Beispiel kann es das vorgeschlagene Verfahren ermöglichen, dass Graustufenbilder häufiger erfasst werden als mit herkömmlichen Ansätzen, da es nicht notwendig ist, vier verschiedene Rohbilder zu erhalten. Das Graustufenbild erfordert keine präzise „Wackel“-Kalibrierung und ist daher frei von systematischen Fehlerquellen, die schwer zu kalibrieren sind.
Der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 hängt von der für die ToF-Messung verwendeten Modulationsfrequenz ab. Insbesondere bezeichnet die Modulationsfrequenz die Modulationsfrequenz des Referenzsignals, das zum Ansteuern des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, und des modulierten Lichts 202, das während der ToF-Messung in die Szene emittiert wird. Der Zielmessbereich liegt innerhalb des eindeutigen Distanzbereichs d_u wie in 3 dargestellt. Der maximale, eindeutige Distanzbereich d_u der ToF-Messung ist invers proportional zu der Modulationsfrequenz ƒ_mod: $d_{u} = \frac{c}{2 \cdot ƒ_{m o d}}$
Objekte, die über diese Distanz hinaus gemessen werden, werden umwickelt, um in den Bereich [0,d_u) zu fallen, wobei sie viel näher zu sein scheinen als sie tatsächlich sind. Der eindeutige Distanzbereich d_u der ToF-Messung bestimmt den Signalbereich d_sr, für den eine Nicht-Null-Ausgabe des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 erzeugt wird: $d_{s r} = \frac{d_{u}}{2}$
Der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 ist der Distanzbereich, für den gültige Intensitätsmessungen erhalten werden, d. h. das Plateau der Korrelationsfunktion. Der Tastgrad des modulierten Lichts 202 beeinflusst den Distanzbereich, in dem die Korrelation zu dem Plateau ansteigt.
Der Tastgrad eines Signals bezeichnet den Bruchteil einer Periode, in der das Signal aktiv ist. Der Tastgrad des modulierten Lichts 203 gibt beispielsweise das Verhältnis der summierten Dauern der Lichtpulse zu der Gesamtperiode (Dauer) des modulierten Lichts 202 an. Analog dazu bezeichnet der Tastgrad des Referenzsignals, das für das Ansteuern des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, das Verhältnis der summierten Dauern der hohen Pulse (oder alternativ der niedrigen Pulse) zu der Gesamtperiode (Dauer) des Referenzsignals.
Analog dazu beeinflusst der Tastgrad des modulierten Lichts 202 den Distanzbereich, in dem die Korrelation von dem Plateau abfällt. Da diese Korrelation symmetrisch ist, kann der Distanzbereich d_min, in dem die Korrelation zu dem Plateau ansteigt, zweimal von dem Signalbereich d_sr subtrahiert werden, um die Länge des Zielmessbereichs d_mr zu erhalten: $d_{m r} = d_{s r} - 2 \cdot d_{m i n}$
Der Distanzbereich dmin wird durch den Tastgrad DC bestimmt. Unter der Annahme, dass der Tastgrad zwischen 0 und 1 definiert ist (d. h. eine ganze Periode wird berücksichtigt), kann der Distanzbereich dmin wie folgt definiert werden: $d_{m i n} = \frac{D C \cdot d_{u}}{2}$
Durch Kombinieren der obigen mathematischen Ausdrücke kann die Länge des Zielmessbereichs d_mr wie folgt ausgedrückt werden: $d_{m r} = d_{u} \cdot (0,5 - D C)$
Entsprechend reicht der Zielmessbereich des ToF-Sensors 210 von dmin bis dmin + d_mr.
Wie aus dem mathematischen Ausdruck (5) ersichtlich ist, ist die Länge des Zielmessbereichs d_mr invers proportional zu dem Tastgrad DC. Je geringer der Tastgrad DC ist, desto größer ist die Länge des Zielmessbereichs d_mr. Aus dem mathematischen Ausdruck (5) geht ferner hervor, dass der Tastgrad des modulierten Lichts 202, das in die Szene emittiert wird, kleiner als 0,5 sein sollte, um eine Korrelationsfunktion zu erhalten, die ein Plateau aufweist.
4 zeigt schematisch die Beziehung zwischen den Plateaubegrenzungen und dem Tastgrad des emittierten modulierten Lichts. 4 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 410, die die gleiche Form (den gleichen Verlauf) aufweist wie die in 3 gezeigte Korrelationsfunktion 310. Die Ordinate von 4 gibt den Wert der Korrelationsfunktion 410 an. Die Abszisse von 4 gibt die Zeitverschiebung zwischen dem von dem Objekt 201 empfangenen Licht und dem Referenzsignal 430, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, an. Die Zeitverschiebung entspricht (ist proportional zu) der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Das Licht, das das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 von dem Objekt 201 empfängt, wird in 4 durch eine Reflexion 420 des ursprünglich emittierten modulierten Lichts dargestellt. Wie das modulierte Licht 202, das in die Szene emittiert wird, umfasst die empfangene Reflexion 420 eine Mehrzahl von Lichtpulsen 421, 422, .... Die Pulslänge (Dauer) und die Pulsbeabstandung der Lichtpulse der empfangenen Reflexion 420 ist im Wesentlichen identisch mit der Pulslänge und der Pulsbeabstandung der Lichtpulse des emittierten modulierten Lichts 202.
Wie für den Lichtpuls 421 dargestellt, bestimmt die Pulslänge des Lichtpulses 421 den Distanzbereich d_min. Analog dazu bestimmt die Pulslänge des Lichtpulses 422 den Distanzbereich, in dem die Korrelation von dem Plateau abfällt. Die Pulslänge der Lichtpulse der empfangenen Reflexion 420, d. h. effektiv die Pulslänge des emittierten Lichts 202, wird durch den Tastgrad des emittierten Lichts 202 bestimmt. Daher ist der Positionszielmessbereich durch den Tastgrad des emittierten Lichts 202 einstellbar. Beispielsweise kann der Tastgrad des modulierten Lichts 202 gleich oder kleiner als 0,45, 0,4, 0,35, 0,3, 0,25, 0,2, 0,15 oder 0,1 sein. Der Tastgrad des modulierten Lichts 202 ist kleiner als der Tastgrad des Referenzsignals.
Der Effekt des Tastgrads des modulierten Lichts 202 auf den Zielmessbereich ist auf die interne Ladungstrennung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 zurückzuführen. Wie vorangehend beschrieben wurde, wird das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 basierend auf dem Referenzsignal angesteuert. In Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals speichert das photosensitive Pixel Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels. Die Ladungsspeicher des photosensitiven Pixels können beispielsweise Kondensatoren oder Potenzialtöpfe sein, die in einem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels gebildet sind. Dies ist in 4 anhand des beispielhaften Referenzsignals 430 dargestellt.
Wenn das Referenzsignal 430 hoch ist, z. B. während das Referenzsignal 430 den hohen Puls 431 aufweist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die durch das empfangene Licht 203 in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugt werden, in dem ersten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „A“ in 4 angezeigt, der den ersten Ladungsspeicher bezeichnet. Wenn das Referenzsignal 430 niedrig ist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die durch das empfangene Licht 203 in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugt werden, in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „B“ in 4 angezeigt, der den zweiten Ladungsspeicher bezeichnet.
Bei dem Beispiel von 4 ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 420 und dem Referenzsignal 430 (d. h. der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201) derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den jeweiligen Lichtpuls 421, 422 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Der Wert der Korrelationsfunktion hängt von der Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 420 und dem Referenzsignal 430 und damit von der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 ab.
Dies ist ferner in 5A bis 5E dargestellt, die die Beziehung zwischen dem Wert der Korrelationsfunktion und der Zeitverschiebung zwischen dem empfangenen Licht und dem Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, zeigen. Die Ordinate in jeder der 5A bis 5E bezeichnet den Wert der Korrelationsfunktion. Die Abszisse in jeder der 5A bis 5E gibt die Zeitverschiebung zwischen dem von dem Objekt 201 empfangenen Licht und dem Referenzsignal 530, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 verwendet wird, an. Die Zeitverschiebung entspricht (ist proportional zu) der Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201. Das Licht, das das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 von dem Objekt 201 empfängt, wird in 5A bis 5E durch eine Reflexion 520 des ursprünglich emittierten modulierten Lichts dargestellt.
Analog zu dem Beispiel von 4 speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die in einem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch die Reflexion 520 (d. h. das empfangene Licht) erzeugt werden, in dem ersten der beiden Ladungsspeicher, wenn das Referenzsignal 530 hoch ist, z. B. während das Referenzsignal 530 den hohen Puls 531 aufweist. Dies wird wiederum durch den Buchstaben „A“ in 5 angezeigt, der den ersten Ladungsspeicher bezeichnet. Wenn das Referenzsignal 530 niedrig ist, speichert das photosensitive Pixel des ToF-Sensors 210 Ladungen, die in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch die Reflexion 520 (d. h. das empfangene Licht) erzeugt werden, in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher. Dies wird durch den Buchstaben „B“ in 5 angezeigt, der den zweiten Ladungsspeicher bezeichnet.
In 5A ist das Objekt 201 außerhalb des Zielmessbereichs angeordnet. Dementsprechend ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 530 derart, dass die durch den Lichtpuls 521 (der Reflexion 520) in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels erzeugten Ladungen in dem zweiten der beiden Ladungsspeicher, d. h. dem Ladungsspeicher B, gespeichert werden.
In 5B wird die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 vergrößert, aber das Objekt 201 befindet sich noch nicht in dem Zielmessbereich. Analog zu dem Beispiel von 4 ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 430 derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Die Korrelationsfunktion 510 nimmt zu, wenn mehr und mehr der erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden.
Da die Korrelation bei dieser spezifischen Distanz im Wesentlichen Null ist, kann ein Element, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in dieser Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor 210 angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Deckglas oder ein Display, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in dieser Distanz angeordnet derart werden, dass Reflexionen des emittierten Lichts 202 von diesem Element die ToF-Messung nicht beeinflussen. Im Allgemeinen kann ein Element, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, in irgendeiner vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor 210 angeordnet werden, für den ein absoluter Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion weniger als 10 %, 5 % oder 1 % eines absoluten Wertes der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion an dem Plateau ist. Die Platzierung eines Displays, das den ToF-Sensor 210 in einer Distanz bedeckt, für die die Korrelation im Wesentlichen Null ist, ist beispielsweise ferner in dem linken Teil von 3 dargestellt.
Ferner ist zu beachten, dass die obigen Ausführungen nicht auf Elemente beschränkt sind, die den ToF-Sensor 210 bedecken. Im Allgemeinen kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion derart entworfen sein, dass ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in irgendeiner vorbestimmten (Ziel-, erwünschten) Distanz weniger als 10 %, 5 % 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist. Befindet sich beispielsweise ein anderes unerwünschtes (störendes) Objekt in der Szene in einer bestimmten Distanz in Bezug auf dem ToF-Sensor 210, kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion derart entworfen sein, dass ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in dieser Distanz weniger als 10 %, 5 % oder 1 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist. Dementsprechend beeinflussen Reflexionen des emittierten Lichts, die von dem unerwünschten Objekt empfangen werden, die ToF-Messung für das Objekt 201 praktisch nicht.
Wie oben beschrieben, nimmt die in dem Ladungsspeicher A gespeicherte Ladungsmenge mit zunehmender Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 zu. Die Distanz, ab der alle erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden, bezeichnet eine der Begrenzungen des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit eine der Begrenzungen des Zielmessbereichs. Dies ist in 5C dargestellt. In 5C werden Ladungen nicht mehr in dem Ladungsspeicher B gespeichert, sondern sie werden nur noch in dem Ladungsspeicher A gespeichert. Je kleiner der Lichtpuls 521 ist, d. h. je geringer der Tastgrad des emittierten modulierten Lichts 202 ist, desto geringer ist die Distanz, ab der alle erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden.
Solange sich das Objekt 201 in der Zielmessregion befindet, werden die durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert. Die Länge des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit der Zielmessregion wird durch die Modulationsfrequenz des emittierten modulierten Lichts 203 und das Referenzsignal 530 bestimmt. Je niedriger die Modulationsfrequenz ist, desto länger ist die Länge des Plateaus der Korrelationsfunktion 510. Dies ist in 5D dargestellt.
Die Distanz, ab der die erzeugten Ladungen nicht mehr nur in dem Ladungsspeicher A gespeichert werden, bezeichnet die andere Begrenzung des Plateaus der Korrelationsfunktion 510 und damit die andere Begrenzung des Zielmessbereichs. Dies ist in 5E dargestellt. Die Distanz des Objekts 201 zu dem ToF-Sensor 210 wird weiter derart vergrößert, dass das Objekt 201 den Zielmessbereich verlässt. Dementsprechend werden immer mehr der erzeugten Ladungen in dem Ladungsspeicher B und weniger Ladungen in dem Ladungsspeicher A gespeichert, derart, dass die Korrelationsfunktion von dem Plateau abfällt. Bei dem Beispiel von 5E ist die Zeitverschiebung zwischen der empfangenen Reflexion 520 und dem Referenzsignal 430 derart, dass etwa die Hälfte der in dem Halbleitermaterial des photosensitiven Pixels durch den Lichtpuls 521 erzeugten Ladungen in jeden der beiden Ladungsspeicher geht. Folglich ist die Korrelation gleich Null. Beispielsweise kann die Distanz, für die die Korrelationsfunktion 510 wieder Null ist, so gewählt werden, dass der Einfluss von Reflexionen, die von einem unerwünschten (störenden) Objekt, das sich in dieser Distanz in der Szene befindet, empfangen werden, auf die ToF-Messung minimiert wird.
Um die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 zu erhalten, sind verschiedene Ausleseansätze möglich. Beispielsweise kann die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die während der ToF-Messung in einem der beiden Ladungsspeicher gesammelt werden, basieren (dadurch bestimmt werden). Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung kann z. B. nur auf den in dem Ladungsspeicher A gespeicherten Ladungen basieren, nicht aber auf den in dem Ladungsspeicher B gespeicherten Ladungen bei den Beispielen der 4 und 5A bis 5E. Bei alternativen Beispielen kann die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die während der ToF-Messung in den beiden Ladungsspeichern gesammelt werden, basieren (dadurch bestimmt werden). Die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung kann z. B. auf der Menge der in dem Ladungsspeicher A gespeicherten Ladung C_A minus der in dem Ladungsspeicher B gespeicherten Menge der Ladung C_B bei den Beispielen der 4 und 5A bis 5E basieren. Indem man die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf die Differenz zwischen den in den beiden Ladungsspeichern gesammelten Ladungen basiert, kann es ermöglicht werden, die Hintergrundlicht-Effekte zu reduzieren und somit die Genauigkeit der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels zu verbessern.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine einzige Messung mit einer eher untypischen CW-Modulation vorgeschlagen wird. Wie oben beschrieben, kann die Position der Korrelation derart abgestimmt werden, dass der Nulldurchgang an der Position von störenden Objekten wie beispielsweise einem Display oder einem Deckglas liegt. Der Tastgrad wird so abgestimmt, dass das Plateau der Korrelationsfunktion erzeugt wird. Der Messbereich liegt innerhalb des Plateaus. Da die Korrelation auf dem Plateau konstant ist, entsprechen die erhaltenen Werte der empfangenen Signalstärke, die die gleiche ist wie bei Graustufenbildern. Die minimale Distanz (Dist-min in 3) und die maximale Distanz (Dist-max in 3), die das Plateau definieren, sind beide abhängig von der verwendeten Modulationsfrequenz. In dem Bereich des Plateaus ist eine Intensitätsmessung möglich.
Um systematische Messfehler zu beseitigen, kann zusätzlich eine weitere ToF-Messung durchgeführt werden. Das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 bei der anderen ToF-Messung verwendet wird, wird in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels bei der (oben beschriebenen ersten) ToF-Messung verwendet wird, invertiert. Anders ausgedrückt, das Referenzsignal für die weitere ToF-Messung ist gegenüber dem Referenzsignal für die ursprüngliche ToF-Messung um 180° phasenverschoben. Dementsprechend kann der Intensitätswert basierend auf der Differenz zwischen der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die ToF-Messung und der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für die weitere ToF-Messung bestimmt werden.
Der Zielmessbereich kann zur Laufzeit unter Verwendung des ToF-Sensors bestimmt werden. So können beispielsweise eine oder mehrere weitere ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors 210 durchgeführt werden. Ein Distanzwert, der die Distanz des ToF-Sensors 210 zu dem Objekt 201 anzeigt, kann basierend auf der Ausgabe (Wert(e) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden. Der Distanzwert kann nach herkömmlichen ToF-Tiefenerfassungsprinzipien basierend auf der Ausgabe (Wert(e)) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden. Dementsprechend kann der Zielmessbereich basierend auf dem Distanzwert derart bestimmt werden, dass sich das Objekt 201 innerhalb des Zielmessbereichs befindet.
Optional kann basierend auf der Ausgabe (Wert(e)) des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen bestimmt werden, ob weitere Objekte (d. h. Objekte zusätzlich zu dem Objekt 201) in der Szene vorhanden sind. Falls festgestellt wird, dass weitere Objekte in der Szene vorhanden sind, können die Parameter des ToF-Sensors 210 derart eingestellt werden, dass ein jeweiliger absoluter Wert der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion bei der jeweiligen Distanz des einen oder der mehreren weiteren Objekte weniger als 10 % eines absoluten Wertes der (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktion bei dem Plateau ist.
Falls das Objekt 201 weiter von dem ToF-Sensor entfernt ist, kann die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion so gestaltet werden, dass sie ein oder mehrere weitere Plateaus umfasst, anstatt das erste Plateau durch Herabsetzen der Modulationsfrequenz zu verlängern. Dies ist in 6 beispielhaft dargestellt. 6 zeigt eine beispielhafte (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion 610. Die Abszisse in 6 gibt die Distanz zwischen dem ToF-Sensor 210 und dem Objekt 201 an. Die Ordinate gibt den Wert der Korrelationsfunktion 610 an.
Die Korrelationsfunktion 610 weist ein erstes Plateau 611 auf, ähnlich wie die Korrelationsfunktionen 310 und 410 in 3 und 4. Das erste Plateau 611 entspricht einem ersten Zielmessbereich für die ToF-Messung. Zusätzlich weist die Korrelationsfunktion 610 ein zweites Plateau 612 auf, das einem zweiten Zielmessbereich für die ToF-Messung entspricht.
Optional kann die Korrelationsfunktion 610 weitere Plateaus umfassen, die weiteren Zielmessbereichen für die ToF-Messung entsprechen. Im Allgemeinen kann eine (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion gemäß der vorliegenden Offenbarung zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweisen.
Befindet sich das Objekt in einem Zielmessbereich, der einem Plateau mit einem negativen Wert entspricht, kann die Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 korrigiert (z. B. mit -1 multipliziert) werden, um den Intensitätswert zu erhalten.
Wie in 6 angezeigt ist, können die Nulldurchgänge der Korrelationsfunktion 610 derart gewählt werden, dass sie in Distanzen von störenden Objekten, wie z. B. einem Display, das den ToF-Sensor 210 bedeckt, liegen.
Bei anderen Beispielen können mehrere ToF-Messungen durchgeführt werden, um mehrere Zielmessbereiche abzudecken. Zum Beispiel kann eine ToF-Messung wie oben beschrieben durchgeführt werden, um eine Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels des ToF-Sensors 210 für einen ersten Zielmessbereich zu erhalten. Zusätzlich kann unter Verwendung des ToF-Sensors eine weitere ToF-Messung der Szene durchgeführt werden. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels weist für die andere ToF-Messung ein Plateau in einem weiteren zweiten Zielmessbereich auf. Die (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion für die erste ToF-Messung kann z. B. nur das in 6 dargestellte Plateau 611 umfassen und die andere (lichtintensitätsunabhängige) Korrelationsfunktion für die zweite ToF-Messung kann z. B. nur das in 6 dargestellte Plateau 612 umfassen. Dementsprechend können zwei Zielmessbereiche mit zwei ToF-Messungen abgedeckt werden.
Der Intensitätswert kann basierend auf der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und der Ausgabe (Wert) des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung bestimmt werden. Zum Beispiel können die Ausgaben (Ausgabewerte) für beide ToF-Messungen addiert und optional skaliert werden, um den Intensitätswert zu erhalten.
Optional können weitere ToF-Messungen mit (lichtintensitätsunabhängigen) Korrelationsfunktionen, die in weiteren Zielmessbereichen ein entsprechendes Plateau aufweisen, verwendet werden.
Die Beispiele, wie sie hierin beschrieben sind, können wie folgt zusammengefasst werden:

Einige Beispiele betreffen ein Verfahren zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Das Verfahren umfasst ein Durchführen einer ToF-Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Das Verfahren umfasst ferner ein Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.

Bei einigen Beispielen gibt die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion die distanzabhängige Korrelation des Lichts des photosensitiven Pixels mit einem Referenzsignal an und ohne die Intensität des Lichts zu berücksichtigen, wobei das photosensitive Pixel basierend auf dem Referenzsignal angesteuert wird.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Bestimmen des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.
Bei einigen Beispielen umfasst das Durchführen der ToF-Messung: Beleuchten der Szene mit moduliertem Licht; und Ansteuern des photosensitiven Pixels basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer aufweist, und wobei das modulierte Licht eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge und gleicher Pulsbeabstandung aufweist.
Gemäß einigen Beispielen ist ein Tastgrad des modulierten Lichts kleiner als ein Tastgrad des Referenzsignals.
Bei einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner ein Durchführen einer weiteren ToF-Messung umfasst, wobei das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der weiteren ToF-Messung verwendet wird, in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der ToF-Messung verwendet wird, invertiert wird, und wobei der Intensitätswert basierend auf einer Differenz zwischen der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung bestimmt wird.
Gemäß einigen Beispielen speichert das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die in einem der beiden Ladungsspeicher während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.
Bei alternativen Beispielen speichert das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die in den beiden Ladungsspeichern während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.
Bei einigen Beispielen weist die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung auf.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner: Durchführen einer weiteren ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung ein Plateau in einem anderen Zielmessbereich aufweist; und Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung.
Bei einigen Beispielen ist ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in einer vorbestimmten Distanz weniger als 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau.
Gemäß einigen Beispielen ist ein Element, das den ToF-Sensor bedeckt, in der vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor angeordnet.
Bei einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner: Durchführen einer oder mehrerer weiterer ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors; Bestimmen eines Distanzwertes, der eine Distanz zu dem Objekt anzeigt, basierend auf einer Ausgabe des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen; und Bestimmen des Zielmessbereichs basierend auf dem Distanzwert.
Gemäß einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen eines Graustufenbildes der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt.
Andere Beispiele betreffen eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt. Die Vorrichtung umfasst einen ToF-Sensor, der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen. Eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors weist ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung auf. Das Objekt befindet sich innerhalb des Zielmessbereichs. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich eine Verarbeitungsschaltung, die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung zu bestimmen.
Beispiele der vorliegenden Offenbarung können ToF-Graustufenbildgebung ermöglichen, während der reflektierende Einfluss eines Displays oder eines anderen nahen Objekts entfernt wird.
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 so auszulegen ist, dass sie impliziert, dass diese Operationen zwingend von der beschriebenen Reihenfolge abhängig sind, 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 sind 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) zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität von Licht, das von einem Objekt in einer Szene reflektiert wird, darstellt, das Verfahren (100) umfassend: Durchführen (102) einer Laufzeit-, ToF-, Messung der Szene unter Verwendung eines ToF-Sensors, wobei eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist, wobei sich das Objekt innerhalb des Zielmessbereichs befindet, und Bestimmen (104) des Intensitätswertes basierend auf einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 1, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion die distanzabhängige Korrelation des Lichts des photosensitiven Pixels mit einem Referenzsignal angibt und ohne die Intensität des Lichts zu berücksichtigen, wobei das photosensitive Pixel basierend auf dem Referenzsignal angesteuert wird.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Bestimmen (104) des Intensitätswertes ein Anwenden zumindest einer Korrektur auf die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung umfasst.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Durchführen (102) der ToF-Messung umfasst: Beleuchten der Szene mit moduliertem Licht; und Ansteuern des photosensitiven Pixels basierend auf einem Referenzsignal, wobei das Referenzsignal eine abwechselnde Folge von hohen und niedrigen Pulsen von gleicher Dauer aufweist, und wobei das modulierte Licht eine Folge von Lichtpulsen mit gleicher Pulslänge und gleicher Pulsbeabstandung aufweist.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 4, wobei ein Tastgrad des modulierten Lichts kleiner ist als ein Tastgrad des Referenzsignals.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei das Verfahren (100) ferner ein Durchführen einer weiteren ToF-Messung umfasst, wobei das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der weiteren ToF-Messung verwendet wird, in Bezug auf das Referenzsignal, das zur Ansteuerung des photosensitiven Pixels in der ToF-Messung verwendet wird, invertiert wird, und wobei der Intensitätswert basierend auf einer Differenz zwischen der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung bestimmt wird.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels speichert, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung nur auf den Ladungen, die in einem der beiden Ladungsspeicher während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.
Das Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das photosensitive Pixel in Abhängigkeit von einem Signalwert des Referenzsignals Ladungen, die in dem photosensitiven Pixel während der ToF-Messung erzeugt werden, selektiv in einem von zwei Ladungsspeichern des photosensitiven Pixels speichert, und wobei die Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung auf einer Differenz zwischen den Ladungen, die in den beiden Ladungsspeichern während der ToF-Messung gesammelt werden, basiert.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion zumindest ein weiteres Plateau in zumindest einem weiteren Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Durchführen einer weiteren ToF-Messung der Szene unter Verwendung des ToF-Sensors, wobei die lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion des photosensitiven Pixels für die weitere ToF-Messung ein Plateau in einem anderen Zielmessbereich aufweist; und Bestimmen des Intensitätswertes basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung und einer Ausgabe des photosensitiven Pixels für die andere ToF-Messung.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein absoluter Wert der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion in einer vorbestimmten Distanz weniger als 10 % eines absoluten Wertes der lichtintensitätsunabhängigen Korrelationsfunktion auf dem Plateau ist.
Das Verfahren (100) gemäß Anspruch 11, wobei ein Element, das den ToF-Sensor bedeckt, in der vorbestimmten Distanz in Bezug auf den ToF-Sensor angeordnet ist.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend: Durchführen einer oder mehrerer weiterer ToF-Messungen unter Verwendung des ToF-Sensors; Bestimmen eines Distanzwertes, der eine Distanz zu dem Objekt anzeigt, basierend auf einer Ausgabe des ToF-Sensors für die eine oder die mehreren weiteren ToF-Messungen; und Bestimmen des Zielmessbereichs basierend auf dem Distanzwert.
Das Verfahren (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Erzeugen eines Graustufenbildes der Szene, umfassend das Pixel, das den bestimmten Intensitätswert darstellt.
Eine Vorrichtung (200) zum Bestimmen eines Intensitätswertes, der eine Intensität Licht, das von einem Objekt (201) in einer Szene reflektiert wird, darstellt, die Vorrichtung umfassend: einen Laufzeit-, ToF-, Sensor (210), der ausgebildet ist, eine ToF-Messung der Szene durchzuführen, wobei eine lichtintensitätsunabhängige Korrelationsfunktion eines photosensitiven Pixels des ToF-Sensors (210) ein Plateau in einem Zielmessbereich für die ToF-Messung aufweist, wobei sich das Objekt innerhalb des Zielmessbereichs befindet; und eine Verarbeitungsschaltung (240), die ausgebildet ist, den Intensitätswert basierend auf der Ausgabe des photosensitiven Pixels für die ToF-Messung zu bestimmen.