JP6261681B2 - Improvements in or relating to processing of time-of-flight signals - Google Patents
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Description
本発明は、タイムオブフライト(TOF)信号の処理における又はこれに関する改良に関し、特に、そのようなタイムオブフライト信号のディエイリアシング(de−aliasing)に関する。特に、本発明は、タイムオブフライト信号のディエイリアシングを含む、TOFセンサ、カメラなどに関する。 The present invention relates to improvements in or relating to processing of time-of-flight (TOF) signals, and in particular to de-aliasing of such time-of-flight signals. In particular, the present invention relates to TOF sensors, cameras, etc., including de-aliasing of time-of-flight signals.
タイムオブフライト(TOF)カメラシステムは、光源から物体までの及び戻りのタイムオブフライトを解析することによって、物体までの距離に関する情報を提供することで知られている。1つの特定の適用例は、シーンの3次元(3−D)画像、すなわち2次元情報および深さすなわち距離情報を取り込むことが可能なカメラである。そのようなカメラシステムは、固定点からの深さすなわち距離情報が判定される必要がある多くの適用例において利用される。一般に、深さすなわち距離情報はTOFカメラシステムから測定される。 Time of flight (TOF) camera systems are known for providing information about the distance to an object by analyzing the time of flight from the light source to the object and back. One particular application is a camera that can capture a three-dimensional (3-D) image of a scene, ie, two-dimensional information and depth or distance information. Such a camera system is utilized in many applications where depth or distance information from a fixed point needs to be determined. In general, depth or distance information is measured from a TOF camera system.
TOFカメラシステムの基本動作原理は、パルスなどの変調光を用いてシーンを照射することである。これらの光パルスなどの変調光は、シーン内の物体から反射されて戻り、反射された光をレンズが集光して、画像センサ上に、特に、センサのセンサ面上に、シーン内の物体の画像を形成する。カメラからの物体の距離に応じて、例えばパルスなどの、変調光の放出と、カメラにおけるその反射の受信との間で遅延が発生し、例えばカメラから2.5m離れたところにある物体は、16.66nsの遅延を発生させる。しかしパルスを使用する場合、各光パルスのパルス幅がカメラレンジ(camera range)を決定し、例えば50nsのパルス幅の場合、レンジは7.5mに制限される。結果として、シーンの照射はTOFカメラシステムの動作に不可欠なものとなり、照射ユニットに対する要求は、そのような短い光パルスを生成するための、発光ダイオード(LED)又はレーザなどの専用の光源の使用を必要とする。 The basic operating principle of the TOF camera system is to illuminate the scene using modulated light such as pulses. The modulated light such as these light pulses is reflected back from the object in the scene, and the lens collects the reflected light, and the object in the scene is focused on the image sensor, particularly on the sensor surface of the sensor. The image is formed. Depending on the distance of the object from the camera, a delay occurs between the emission of the modulated light, for example a pulse, and the reception of its reflection at the camera, for example an object located 2.5 m away from the camera A delay of 16.66 ns is generated. However, when using pulses, the pulse width of each light pulse determines the camera range, for example with a pulse width of 50 ns, the range is limited to 7.5 m. As a result, scene illumination becomes essential to the operation of the TOF camera system and the requirement for the illumination unit is the use of a dedicated light source, such as a light emitting diode (LED) or laser, to generate such short light pulses. Need.
TOFカメラシステムのもう1つの主要な構成要素は、イメージングセンサである。イメージングセンサは一般に、シーンの画像を形成するピクセルのアレイを含む。加えて、ピクセルの出力は、照射ユニットからシーン内の物体までの光、及び物体からイメージングセンサまで反射されて戻る光の、タイムオブフライトを判定するために使用されてもよい。タイムオブフライトは、センサに結合された別個の処理ユニット内で計算されてもよく、又は処理ユニットはセンサ内に組み込まれていてもよい。光が照射ユニットから物体まで移動し、物体からイメージングセンサまで戻るタイミングを測定する、様々な方法が知られている。 Another major component of the TOF camera system is an imaging sensor. An imaging sensor typically includes an array of pixels that form an image of a scene. In addition, the output of the pixel may be used to determine the time of flight of light from the illumination unit to the object in the scene and light reflected back from the object to the imaging sensor. The time of flight may be calculated in a separate processing unit coupled to the sensor, or the processing unit may be incorporated in the sensor. Various methods are known for measuring the timing at which light travels from the illumination unit to the object and returns from the object to the imaging sensor.
よく知られているように、各ピクセルは、入射光を受信してこれを例えば電流信号などの電気信号に変換する、感光素子を実質的に含む。アナログタイミングイメージングセンサでは、ピクセルは、加算装置として働くメモリに電流信号を導くスイッチに接続される。デジタルタイミングイメージングセンサでは、電流信号を検知するために高周波カウンタが使用される。背景光の存在は、シーン内の物体から反射されていない追加の光をピクセルが受信する際に距離が誤って判定されることを引き起こす可能性がある。 As is well known, each pixel substantially includes a photosensitive element that receives incident light and converts it into an electrical signal, eg, a current signal. In an analog timing imaging sensor, the pixel is connected to a switch that directs the current signal to a memory that acts as an adder. In digital timing imaging sensors, a high frequency counter is used to detect the current signal. The presence of background light can cause the distance to be erroneously determined when the pixel receives additional light that is not reflected from objects in the scene.
もちろん、イメージング光学系及び処理電子回路もTOFカメラの一部を形成する。イメージング光学系は、シーン内の物体からの反射された光を集め、照射ユニットによって放出された光と同じ波長又は周波数でない光を除去する。不必要な波長又は周波数における光を除去することによって、背景光が効果的に抑止され得る。処理電子回路は、照射ユニット及びイメージングセンサの両方のためのドライバを含み、これによりこれらの構成要素は、シーンの高解像度画像が取得可能であることを保障するように正確に制御され得る。 Of course, the imaging optics and processing electronics also form part of the TOF camera. The imaging optics collects light reflected from objects in the scene and removes light that is not the same wavelength or frequency as the light emitted by the illumination unit. By removing light at unnecessary wavelengths or frequencies, background light can be effectively suppressed. The processing electronics include drivers for both the illumination unit and the imaging sensor so that these components can be precisely controlled to ensure that a high resolution image of the scene can be acquired.
TOFカメラシステムは、利用されるイメージングセンサのタイプに応じて、数ミリメートルから数キロメートルまでの広いレンジをカバーする傾向がある。そのようなTOFカメラシステムは、特定の適用例において使用されるTOFカメラシステムの構成に応じて、センチメートル未満から数センチメートル、又は更にはメートルまでの様々な距離分解能を有する可能性がある。TOFカメラシステムと共に使用されてもよい技術としては、デジタル時間カウンタを有するパルス光源、位相検出器を有する無線周波数(RF)変調光源、及びレンジゲーテッドイメージャ(range−gated imagers)が含まれる。 TOF camera systems tend to cover a wide range from several millimeters to several kilometers, depending on the type of imaging sensor utilized. Such TOF camera systems may have various distance resolutions from less than a centimeter to several centimeters, or even meters, depending on the configuration of the TOF camera system used in a particular application. Technologies that may be used with a TOF camera system include pulsed light sources with digital time counters, radio frequency (RF) modulated light sources with phase detectors, and range-gated imagers.
シーン内の物体についてのイメージングセンサの出力から距離情報を抽出することは比較的容易な可能性があるが、TOFシステムは、上述の背景光、2つ以上のTOFカメラシステムがシーンのオーバラップする視野を有して動作している場合の干渉、及び多重反射の影響を受ける。異なるTOFカメラシステム間の干渉は、時分割多重化技術を使用することによって、又は各TOFカメラシステムについて異なる変調周波数を利用することによって低減させられ得る。TOFカメラシステムはシーン全体を照射するため、照射光がいくつかの経路に沿って各物体に到達するのに伴って、複数の反射が得られる可能性がある。これは、TOFカメラシステムからの物体の測定される距離が、TOFカメラシステムからのその実際の距離より大きい又は小さいものとして判定される可能性があるという影響を有する。これは従来のTOFカメラシステムの主要な欠点である。レンジイメージングシステムにおける測定の曖昧性の除去は、A.D.Payne(A.D.パイン)らによって「Multiple Frequency Range Imaging to Remove Measurement Ambiguity(測定の曖昧性を除去するための複数周波数レンジイメージング)」と題された論文において説明されており、この中では、不正確な距離測定をもたらす位相の曖昧性の問題を克服するために、単一の取り込みにおいて2つの異なる変調周波数が重畳される(http://researchcommons.waikato.ac.nz/bitstram/10289/4032/1/Multiple%20Frequency%20Range%20Imaging.pdf)。 Although it may be relatively easy to extract distance information from the output of an imaging sensor for an object in the scene, the TOF system has the background light described above and two or more TOF camera systems overlap the scene. It is affected by interference and multiple reflection when operating with a field of view. Interference between different TOF camera systems can be reduced by using time division multiplexing techniques or by utilizing different modulation frequencies for each TOF camera system. Since the TOF camera system illuminates the entire scene, multiple reflections may be obtained as the illuminating light reaches each object along several paths. This has the effect that the measured distance of the object from the TOF camera system may be determined as greater or less than its actual distance from the TOF camera system. This is a major drawback of the conventional TOF camera system. Measurement ambiguity in a range imaging system is D. Payne (AD Pine) et al., Described in a paper entitled “Multiple Frequency Range Imaging to Remove Measurement Ambiguity”, in which: To overcome the phase ambiguity problem that leads to inaccurate distance measurements, two different modulation frequencies are superimposed in a single acquisition (http://researchcommons.waikato.ac.nz/bitstram/10289/ 4032/1 / Multiple% 20Frequency% 20Range% 20Imaging.pdf).
S.H.McClure(S.H.マクルーア)らによる「Resolving Depth Measurement Ambiguity with Commercially Available Range Imaging Cameras(市販のレンジイメージングカメラでの深さ測定の曖昧性の解決)」と題された論文(Proc.SPIE−IS&T Electronic Imaging、SPIE vol.7538、pp.75380K、2010年)では、深さの曖昧性を解決するためにソフトウェア後処理が使用される。シーンを別個の物体に分割するようにレンジデータが処理され、各物体の平均強度が、どのピクセルが曖昧でないレンジの外にあるかを判定するために使用される。この方法は、例えば、カメラが画像取り込み中に移動している可能性がある、かつシーン内の物体からの反射率の差に対する低減された感度を有する、ロボットビジョンなどの、任意のレンジイメージングカメラシステムに使用され得る。信号処理及び関連する分野において、エイリアシングは、異なる信号がサンプリングされる際に区別できなくなる(すなわち相互のエイリアスとなる)ことを引き起こすという効果を意味する。時間的エイリアシングは、サンプルが時間において区別できなくなる場合である。時間的エイリアシングは、周期的にサンプリングされている信号が周期的内容も有する場合に発生する可能性がある。TOFシステムでは、エイリアシングは、光源と、光を反射する物体との間の距離に関する曖昧性をもたらす。 S. H. McClure (SH McClure) et al., “Resolving Depth Measurement Ambientity with Commercially Available Range Imaging Cameras” In Electronic Imaging, SPIE vol. 7538, pp. 75380K, 2010), software post-processing is used to resolve depth ambiguity. Range data is processed to divide the scene into separate objects, and the average intensity of each object is used to determine which pixels are outside the unambiguous range. This method can be used with any range imaging camera, such as robot vision, where the camera may be moving during image capture and has reduced sensitivity to reflectance differences from objects in the scene. Can be used in the system. In signal processing and related fields, aliasing means the effect of causing different signals to become indistinguishable (ie, alias each other). Temporal aliasing is when a sample becomes indistinguishable in time. Temporal aliasing can occur when a periodically sampled signal also has periodic content. In TOF systems, aliasing introduces an ambiguity regarding the distance between the light source and the object that reflects the light.
「位相アンラッピング」が、David Droeschel(ダーヴィト・ドレーシェル)、Dirk Holz(ディルク・ホルツ)、及びSven Behnke(スウェン・ベーンケ)による「Probabilistic Phase Unwrapping for Time−of−Flight Cameras(タイムオブフライトカメラのための確率的位相アンラッピング)」と題された論文(Proceedings of Joint 41st International Symposium on Robotics and 6th German Conference on Robotics、ミュンヘン、2010年6月)において説明されている。ラッピングされた位相信号から複数の相対位相シフトが推論され、ここで、距離情報を含む深さ画像内の不連続性に基づいて位相ジャンプ又は位相シフトを検出するために、確率的アプローチが使用される。この著者らは、「Multi−frequency Phase Unwrapping for Time−of−Flight Cameras(タイムオブフライトカメラのためのマルチ周波数位相アンラッピング)」(Proceedings of IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS)、台北、台湾、2010年10月)においても位相アンラッピングについて説明している。 “Phase unwrapping” is due to David Droeschel, Dirk Holz, and Sven Behnke, “Probabilistic Phase Unwrapping for Time-of-Flight” Proceedings of Joint 41st International Symposium on Robotics and 6th German Conference on Robotics, Munich, June 2010. ”, Proceedings of Joint 41st International Symposium on Robotics and 6th German Conference on Robotics, Munich, June 2010. Multiple relative phase shifts are inferred from the wrapped phase signal, where a probabilistic approach is used to detect phase jumps or phase shifts based on discontinuities in the depth image containing distance information. The The authors said, “Multi-frequency Phase Unwrapping for Time-of-Flight Cameras (Multi-frequency phase unwrapping for time-of-flight cameras)” (Processings of IEEE / RSJ International Conf. (Taipei, Taiwan, October 2010) also describes phase unwrapping.
R.Schwarte(R.シュヴァルテ)らによる「A New Active 3D−Vision System Based on RF−Modulation Interferometry of Incoherent Light(インコヒーレント光のRF変調インターフェロメトリに基づく新しいアクティブ3Dビジョンシステム)」と題された論文(Photonics East−Intelligent Systems and Advanced Manufacturing、Proceedings of the SPIE、Vol.2588、フィラデルフィア、1995年)において、TOFカメラシステムからの信号を処理する方法が開示されており、この中では、自己相関関数が位相シフトアルゴリズムを利用し、ここで、位相はTOFカメラシステムからの距離に比例し、ここで、測定不確実性は、位相測定の数、変調コントラスト、アクティブ信号内及びノイズ信号内の電子、及び変調信号の波長に従って判定され得る。そのようなシステムは、歩行者及び車両安全システムの両方のために有用であると説明されている。 R. Schwarte et al., “A New Active 3D-Vision System Based on RF-Modulation Interferometry of Incoherent Light” (New Active 3D System Based on RF Modulation Interferometry of Incoherent Light) Photonics East-Intelligent Systems and Advanced Manufacturing, Proceedings of the SPIE, Vol. 2588, Philadelphia, 1995), a method for processing signals from a TOF camera system is disclosed. Use phase shift algorithm Where the phase is proportional to the distance from the TOF camera system, where the measurement uncertainty depends on the number of phase measurements, the modulation contrast, the electrons in the active and noise signals, and the wavelength of the modulation signal. Can be determined. Such a system has been described as being useful for both pedestrian and vehicle safety systems.
米国特許第7791715(B)号明細書には、少なくとも2つの変調周波数を利用して位相データを取得することによって、TOF位相派生データをディエイリアシングする方法が説明されている。ディエイリアシングを実施するために、ピクセル検出情報が、少なくとも2つの、好ましくは4つの別個の位相において取り込まれる。これらの別個の位相は、TOFカメラシステム内の変調器と、照射ユニットとの間のシフトを表す。これは、放出される光と、イメージングセンサによって受信される、物体からの反射された光との間で検出される、所望される位相シフトとは異なる。別個の位相は、変調器と照射ユニットとの間の固定されたパターンオフセットを相殺するために相互に減算される。2つの変調周波数を使用することによって、システムは、2つの変調周波数の間の差に比例する非常に低速な変調周波数において動作させられている間に位相データが収集されるかのように挙動する。複数の変調周波数の使用は、1つのみの変調周波数を使用して達成可能であるよりも良好な、深さ測定の確実性及び精度を提供する。 U.S. Pat. No. 7,791,715 (B) describes a method of dealiasing TOF phase-derived data by obtaining phase data using at least two modulation frequencies. To perform de-aliasing, pixel detection information is captured in at least two, preferably four separate phases. These distinct phases represent the shift between the modulator in the TOF camera system and the illumination unit. This is different from the desired phase shift detected between the emitted light and the reflected light from the object received by the imaging sensor. The separate phases are subtracted from each other to cancel the fixed pattern offset between the modulator and the illumination unit. By using two modulation frequencies, the system behaves as if phase data is being collected while operating at a very slow modulation frequency proportional to the difference between the two modulation frequencies. . The use of multiple modulation frequencies provides better depth measurement certainty and accuracy than can be achieved using only one modulation frequency.
複数の変調周波数の使用は、Canesta Inc.(カネスタ・インク)のS.Burak Gokturk(S.ブラク・ゴクターク)、Hakan Yalcin(ハカン・ヤルシン)、及びCyrus Bamji(サイラス・バンジ)による「A Time−of−Flight Depth Sensor−System Description,Issues and Solutions(タイムオブフライト深さセンサ−システム記述、問題及び解決法)」においても説明されている。一実施形態では、2つの変調周波数が使用され、結果が組み合わされて、単一の変調周波数と比較してより正確な、物体についての深さ値が提供される。加えて、曖昧でないすなわち明白レンジ(non−ambiguous or unambiguous range)が拡張される。別の実施形態では、f、2f、4f、8fなどにおける変調周波数を用いて複数の測定が行われ、各変調周波数における結果が組み合わされて、長い曖昧でないすなわち明白レンジにわたる、距離の正確な値を提供することが可能である。それぞれの相次ぐ測定において、分解能は倍になり、レンジは半分になる。 The use of multiple modulation frequencies is described in Canesta Inc. (Kanesta, Inc.) “A Time-of-Flight Depth Sensor Depth Sensor Depth Sense Sensor, Sir Burak Gokturk, Hakan Yalcin, and Cyrus Bamji. -System description, problems and solutions) ". In one embodiment, two modulation frequencies are used and the results are combined to provide a depth value for the object that is more accurate compared to a single modulation frequency. In addition, the non-ambiguous or unambiguous range is extended. In another embodiment, multiple measurements are made using the modulation frequencies at f, 2f, 4f, 8f, etc., and the results at each modulation frequency are combined to provide an accurate value for the distance over a long unambiguous or obvious range. Can be provided. In each successive measurement, the resolution is doubled and the range is halved.
使用される照射源の周期的性質に、すなわち照射源の変調に起因して、距離レンジ間隔(distance range intervals)は繰り返す傾向がある。この現象は、上述のように、TOFエイリアシングとして知られている。現在、このTOFエイリアシングの問題を解決して、TOFカメラシステムが実装される特定の適用例のための、十分に長い間隔の曖昧でないすなわち明白距離をTOFカメラシステムが提供することを可能にする、限られた数の技術が存在する。しかしこれらの技術は複数の既知の制限を有し、なぜならこれらは、実装が非常に複雑である、集中的な計算を必要とする、堅牢でない、データ伝送において帯域幅オーバヘッドを発生させる、又は、深さ精度又は全体的カメラ性能の減少をもたらす、という傾向があるからである。 Due to the periodic nature of the irradiation source used, i.e. due to the modulation of the irradiation source, the distance range intervals tend to repeat. This phenomenon is known as TOF aliasing as described above. Currently solving this TOF aliasing problem, allowing the TOF camera system to provide a sufficiently long unambiguous or obvious distance for the particular application in which the TOF camera system is implemented. There are a limited number of technologies. However, these techniques have several known limitations because they are very complex to implement, require intensive calculations, are not robust, generate bandwidth overhead in data transmission, or This is because it tends to reduce depth accuracy or overall camera performance.
従って本発明の目的は、タイムオブフライト(TOF)信号を処理する代替の装置及び方法を、特に、そのようなタイムオブフライト信号のディエイリアシングのための装置及び方法を提供することである。特に、本発明の目的は、タイムオブフライト信号のディエイリアシングを含む代替のTOFセンサ、カメラなどを提供することに関する。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide an alternative apparatus and method for processing time-of-flight (TOF) signals, and in particular, an apparatus and method for de-aliasing of such time-of-flight signals. In particular, it is an object of the present invention to provide alternative TOF sensors, cameras, etc. that include time-of-flight signal de-aliasing.
本発明の一利点は、TOF信号のディエイリアシングが効率的な手法で実行され得るということである。本発明の実施形態の態様は以下の通りである。
a)2つの相関プロセスを使用し、第1の相関プロセスは、距離又は深さ値を判定するためのものであり、第2の相関プロセスは、第1の相関内にエイリアシングが存在するかどうかを判定するためのものである。これらの2つのプロセスは相互に独立に行われてもよい。
b)上記のa)のうちの第1の相関は、第2の相関より高い優先度を与えられてもよく、例えば第1の相関についての計算量は、第2についてよりも第1について多くてもよく、かつ/又は、第1の相関における信号についての積分時間は、第2についてよりも長くてもよい。
c)深さ又は距離情報を得るために1つの相関プロセスが使用されるのに対して、エイリアシングが存在するかどうかを判定するために2つの方法又はプロセスが使用されてもよい。これらのプロセスのうちの第1は、好ましくは、可能なエイリアシングされた値の数を低減させ、第2のプロセスは次に、例えば除去のプロセスによって、可能なエイリアシングされた値の数を1又は1付近まで集中又は低減させる。
d)判定プロセス、すなわちエイリアシングが存在するかどうかについては、好ましくは、例えば超過又は未満の判定などの、単純な算術に基づく。
One advantage of the present invention is that de-aliasing of the TOF signal can be performed in an efficient manner. Aspects of embodiments of the present invention are as follows.
a) Two correlation processes are used, the first correlation process is for determining distance or depth values, and the second correlation process is whether aliasing is present in the first correlation It is for judging. These two processes may be performed independently of each other.
b) The first correlation of a) above may be given higher priority than the second correlation, for example, the amount of computation for the first correlation is greater for the first than for the second And / or the integration time for the signal in the first correlation may be longer than for the second.
c) Whereas one correlation process is used to obtain depth or distance information, two methods or processes may be used to determine if aliasing exists. The first of these processes preferably reduces the number of possible aliased values, and the second process then reduces the number of possible aliased values to 1 or, eg, by a removal process. Concentrate or reduce to around 1.
d) The decision process, i.e. whether aliasing is present, is preferably based on simple arithmetic, e.g. over or under decision.
本発明の第1の態様によれば、イメージングセンサを有し、照射ユニットと共に使用するためのタイムオブフライトシステム内の相関測定において、特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する方法が提供され、照射ユニットは、変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
この方法は、
a)シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出し、
b)1つ以上の第1の相関測定値によって、第1の相関信号と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定し、第1の相関信号は第1の周波数の周期的波形を有し、第1の相関測定値はイメージングセンサから少なくとも1つの物体までの距離に関するパラメータの値を提供し、
c)1つ以上の第2の相関測定値によって、イメージングセンサにおいて受信される反射された光と、第2の相関信号との間の第2の相関を判定し、第2の相関信号は第1の周波数より低い第2の周波数の周期的波形を有し、
d)パラメータの値について、第2の相関測定値からエイリアシングの存在を判定することを含む。
According to a first aspect of the present invention, in the correlation measurement in a time-of-flight system for use with an illumination unit having an imaging sensor, the presence of aliasing is determined within certain limits or aliasing is avoided. A method is provided, wherein the illumination unit is adapted to illuminate the scene with the modulated light, and the system is adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene. And
This method
a) detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) determining a first correlation between the first correlation signal and the reflected light received at the imaging sensor by means of one or more first correlation measurements; Having a periodic waveform of one frequency, the first correlation measurement provides a value of a parameter relating to the distance from the imaging sensor to at least one object;
c) determining a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and the second correlation signal by means of one or more second correlation measurements; A periodic waveform of a second frequency lower than the frequency of 1,
d) For the value of the parameter, including determining the presence of aliasing from the second correlation measurement.
第1及び第2の信号は、シーンを照射するための光を変調するために使用されてもよく、第2の周波数は第1の周波数と異なる。又は、照射ユニットからの光を変調するために使用される第3の信号が、第2の相関のために使用される第2の信号と異なるデューティサイクルを有してもよい。第2の信号は、第1の信号と比較してオフセットされていてもよい。第2の相関ステップの後に依然として存在する可能性がある任意の可能なエイリアシングを除去するために、距離関連パラメータ、すなわちセンサとシーンとの間の距離を判定するための、第3のプロセスが提供されてもよい。この距離関連パラメータは、例えば反射率マップなどの、信頼度レベルであってもよい。 The first and second signals may be used to modulate light for illuminating the scene, and the second frequency is different from the first frequency. Alternatively, the third signal used to modulate the light from the illumination unit may have a different duty cycle than the second signal used for the second correlation. The second signal may be offset compared to the first signal. A third process is provided to determine distance related parameters, i.e. distance between sensor and scene, to remove any possible aliasing that may still exist after the second correlation step. May be. This distance related parameter may be a confidence level, such as a reflectance map.
本発明の別の態様によれば、タイムオブフライトシステム内の位相測定において、例えば少なくとも特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する方法が提供され、システムは、イメージングセンサを有しかつ照射ユニットと共に使用するためのものであり、照射ユニットは、周期的波形を有する変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
この方法は、
a)第1の周波数及び第2の周波数で変調された光を用いてシーンを照射するために照射ユニットによって使用される、変調信号を提供するステップと、
b)第1の周波数における、シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出するステップと、
c)変調信号と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定するステップと、
d)照射ユニットによって放出される照射光と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第2の相関を判定するステップと、
e)第1及び/又は第2の相関から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定し、同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定するステップとを含む。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for determining the presence of aliasing in phase measurements in a time-of-flight system, for example within at least certain limits, the system comprising an imaging sensor and with an illumination unit The illumination unit is adapted to illuminate the scene with modulated light having a periodic waveform, and the system correlates by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene. Adapted to get measurements,
This method
a) providing a modulated signal used by the illumination unit to illuminate the scene with light modulated at the first frequency and the second frequency;
b) detecting reflected light from at least one object in the scene at a first frequency;
c) determining a first correlation between the modulated signal and the reflected light received at the imaging sensor;
d) determining a second correlation between the illumination light emitted by the illumination unit and the reflected light received at the imaging sensor;
e) determining from the first and / or second correlation the in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light and using the in-phase and / or quadrature component to determine the presence of aliasing. Including.
エイリアシングの存在又は曖昧性は、例えば第1及び第2の周波数とそれらの間の関係とによって判定される通りに、特定の距離制限内で判定されてもよい。この曖昧性は、ToF距離が特定の距離まで確実に判定され得ることを意味する。エイリアシングの影響又は曖昧性は、いくつかの実施形態では、TOF以外の距離依存因子又はプロセスに基づく距離測定について信頼度レベルが判定される場合、更に低減させられ得る。そのような距離関連因子は、例えば、物体から反射されるIR光の量、戻る画像内のスペックルのサイズのような、パッシブなものであり、又は、発散パターンを投射し、センサによって見られるパターンのサイズを測定することなどの、アクティブなものであってもよい。本発明の実施形態によれば、信頼度閾値が適用される。この信頼度閾値は、例えば、検出されることが可能な、シーンの物体の距離依存特性に基づいてもよい。閾値はピクセルごとに適用されてもよい。代替の実施形態では、信頼度閾値は、完全画像の一部に基づいて、例えば画像処理技術によって画像内で検出されることが可能な物体(1つ又は複数)に基づいて、又は画像全体について適用されてもよい。例えば、シーン内で検出される物体の反射率は、測定される距離が正しい可能性があることを確認するために使用されてもよい。信頼度閾値が距離依存であるインテリジェント閾値プロセスを使用することによって、本発明のTOF方法によって実際にサポートされることが可能な最大距離を増加させること、又は確実に検出されることが可能な最大距離が拡張され得るように最小反射率を減少させることが可能である。 The presence or ambiguity of aliasing may be determined within certain distance limits, for example, as determined by the first and second frequencies and the relationship between them. This ambiguity means that the ToF distance can be reliably determined up to a certain distance. The effects or ambiguity of aliasing can be further reduced in some embodiments if confidence levels are determined for distance measurements based on distance dependent factors or processes other than TOF. Such distance-related factors can be passive, such as the amount of IR light reflected from the object, the size of the speckle in the returning image, or projected by a divergence pattern and seen by the sensor. It may be active, such as measuring the size of the pattern. According to an embodiment of the present invention, a reliability threshold is applied. This confidence threshold may be based, for example, on the distance-dependent characteristics of objects in the scene that can be detected. A threshold may be applied on a pixel-by-pixel basis. In alternative embodiments, the confidence threshold is based on a portion of the complete image, for example, based on object (s) that can be detected in the image by image processing techniques, or for the entire image. May be applied. For example, the reflectance of objects detected in the scene may be used to confirm that the measured distance may be correct. By using an intelligent threshold process where the confidence threshold is distance dependent, the maximum distance that can actually be supported by the TOF method of the present invention is increased, or the maximum that can be reliably detected It is possible to reduce the minimum reflectivity so that the distance can be extended.
直角位相(quadrature)という用語は、位相情報を有する信号を意味する。一般にそのような信号は90°位相がずれているが、本発明は直角位相が90°を意味することに限定されない。60、30°などのような、360°内に配置されるその他の角度が使用されてもよい。本発明の実施形態によって使用されるのは、少なくとも特定の制限内でエイリアシングが判定され得るような手法で、異なる周波数における2つの信号がコンステレーションダイアグラムの異なるセクタ内に入るということである。エイリアシングの判定は、コンステレーションダイアグラム内の決定領域を調べることによって行われてもよい。 The term quadrature refers to a signal having phase information. In general, such signals are 90 ° out of phase, but the invention is not limited to implying 90 ° quadrature. Other angles located within 360 ° may be used, such as 60, 30 °, etc. It is used by embodiments of the present invention that two signals at different frequencies fall within different sectors of the constellation diagram in such a way that aliasing can be determined at least within certain limits. The aliasing determination may be made by examining a decision region in the constellation diagram.
好ましくは、エイリアシングの存在は、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分の符号から判定される。 Preferably, the presence of aliasing is determined from the sign of the detected in-phase and / or quadrature component of the reflected light.
好ましくは、位相測定値が、第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける相関から判定される。好ましくは、位相測定値が、第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける相関から判定される。必要に応じて、第2の周波数は第1の周波数の2−nであり、ここで、n=1,2,...などである。 Preferably, phase measurements are determined from correlations at various phase offsets for the first frequency. Preferably, phase measurements are determined from correlations at various phase offsets for the second frequency. Optionally, the second frequency is 2- n of the first frequency, where n = 1, 2,. . . Etc.
好ましくは、I値及びQ値を判定するステップは、第1の周波数及び/又は第2の周波数において行われることが好ましい。第1の及び/又は第2の周波数を使用した位相測定ステップは、I値及びQ値を使用して位相測定値を判定することを含んでもよい。 Preferably, the step of determining the I value and the Q value is performed at the first frequency and / or the second frequency. The phase measurement step using the first and / or second frequency may include determining the phase measurement using the I and Q values.
本発明の実施形態では、エイリアシングの存在を判定することは、第1の周波数及び/又は第2の周波数において、例えばI値及び/又はQ値を0と比較することによって、I値及び/又はQ値の符号を判定することなどの、単純な算術演算を実行することを含む。コンステレーション円のセクタが、様々な位相オフセットを決定アルゴリズムと関連付けてエイリアシングの存在を判定するために使用されてもよい。 In an embodiment of the present invention, determining the presence of aliasing comprises, for example, comparing the I value and / or the Q value with 0 at the first frequency and / or the second frequency, and / or Including performing simple arithmetic operations, such as determining the sign of the Q value. The sectors of the constellation circle may be used to associate various phase offsets with the decision algorithm to determine the presence of aliasing.
別の態様では、本発明は、特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する手段を有する、タイムオブフライト又はレンジ検出センサ(range finding sensor)を提供し、センサは、第1及び第2の信号と共に使用するためのものであり、照射ユニットと共に使用するためのものでもあり、照射ユニットは、変調された変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
センサは、
a)シーンを照射するために照射ユニットによって使用される第1の信号を提供する手段と、
b)第1の周波数における、シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出する手段と、
c)変調信号と、イメージングにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定する手段と、
d)イメージングセンサにおいて受信される反射された光と、第2の信号との間の第2の相関を判定する手段と、
e)第1の相関から、イメージングセンサからシーンまでの距離を判定し、第2の相関から、エイリアシングの存在を判定する手段とを含む。
In another aspect, the present invention provides a time-of-flight or range-finding sensor having means for determining the presence of aliasing within specified limits or for avoiding aliasing, the sensor comprising: And for use with a second signal, also for use with an illumination unit, the illumination unit being adapted to illuminate the scene with modulated modulated light, the system comprising: Adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from
The sensor
a) means for providing a first signal used by the illumination unit to illuminate the scene;
b) means for detecting reflected light from at least one object in the scene at a first frequency;
c) means for determining a first correlation between the modulated signal and the reflected light received in the imaging;
d) means for determining a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and the second signal;
e) means for determining the distance from the imaging sensor to the scene from the first correlation and determining the presence of aliasing from the second correlation.
手段は、第1の周波数とは異なる第2の周波数を用いてシーンを照射するための光を変調するために、第2の信号が使用され得るように提供されてもよい。又は手段は、照射ユニットからの光を変調するために使用される第3の信号が、第2の相関のために使用される第2の信号と異なるデューティサイクルを有し得るように提供されてもよい。手段は、第2の信号が第1の信号と比較してオフセットされ得るように提供されてもよい。手段は、第2の相関ステップの後に依然として存在する可能性がある任意の可能なエイリアシングを除去するために、距離関連パラメータ、すなわちセンサとシーンとの間の距離に関するパラメータを判定するために提供されてもよい。この距離関連パラメータは、例えば反射率マップなどの、信頼度レベルであってもよい。 Means may be provided such that the second signal may be used to modulate the light for illuminating the scene with a second frequency that is different from the first frequency. Or means are provided such that the third signal used to modulate the light from the illumination unit may have a different duty cycle than the second signal used for the second correlation. Also good. Means may be provided such that the second signal may be offset compared to the first signal. Means are provided for determining a distance related parameter, i.e. a parameter relating to the distance between the sensor and the scene, to remove any possible aliasing that may still exist after the second correlation step. May be. This distance related parameter may be a confidence level, such as a reflectance map.
更に別の態様では、本発明は、特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する手段を有する、タイムオブフライト又はレンジ検出センサを提供し、センサは、イメージングセンサを有し、照射ユニットと共に使用するためのものであり、照射ユニットは、周期的波形を有する変調光を用いてシーンを照射するように適合され、
a)第1の周波数及び第2の周波数で変調された光を用いてシーンを照射するために照射ユニットによって使用される、変調信号を提供する手段と、
b)シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出する手段と、
c)第1の周波数について、変調信号と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定する第1の手段と、
d)第2の周波数について、照射ユニットによって送られる照射光と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第2の相関を判定する第2の手段と、
e)第1及び/又は第2の相関から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定し、同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定する第3の手段とを含む。
In yet another aspect, the present invention provides a time-of-flight or range detection sensor having means for determining the presence of aliasing within certain limits or for avoiding aliasing, the sensor comprising an imaging sensor, For use with an illumination unit, the illumination unit being adapted to illuminate the scene with modulated light having a periodic waveform,
a) means for providing a modulated signal used by the illumination unit to illuminate the scene with light modulated at the first frequency and the second frequency;
b) means for detecting reflected light from at least one object in the scene;
c) first means for determining, for a first frequency, a first correlation between the modulated signal and the reflected light received at the imaging sensor;
d) a second means for determining, for a second frequency, a second correlation between the illumination light sent by the illumination unit and the reflected light received at the imaging sensor;
e) determining from the first and / or second correlation an in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light and using the in-phase and / or quadrature component to determine the presence of aliasing; 3 means.
反射された光を検出する手段は、ピクセルを有するセンサであってもよい。相関を判定する手段、及び/又は、同相及び/又は直角位相成分を判定する手段、又は、エイリアシングの存在を判定する手段は、センサに接続された、又はセンサと一体化された処理ユニットであってもよい。例えばこれらの手段はコンピュータによって提供されてもよく、センサの出力はコンピュータに接続される。 The means for detecting the reflected light may be a sensor having pixels. The means for determining the correlation and / or the means for determining the in-phase and / or quadrature component, or the means for determining the presence of aliasing are processing units connected to or integrated with the sensor. May be. For example, these means may be provided by a computer and the output of the sensor is connected to the computer.
エイリアシングの存在又は曖昧性は、第1及び第2の周波数、及びそれらの分離、又はそれらの間の関係によって、特定の制限内で判定されてもよい。この曖昧性は、ToF距離が特定の距離まで確実に判定され得ることを意味する。エイリアシングの影響又は曖昧性は、いくつかの実施形態では、ToF以外の因子又はプロセスに基づく距離測定について信頼度レベルが判定される場合、更に低減させられ得る。本発明の実施形態によれば、信頼度閾値が適用される。この信頼度閾値は、例えば、検出されることが可能な、シーンの物体の距離依存特性に基づいてもよい。そのような距離関連因子は、例えば、物体から反射されるIR光の量、戻る画像内のスペックルのサイズのような、パッシブなものであり、又は、発散パターンを投射し、センサによって見られるパターンのサイズを測定することなどの、アクティブなものであってもよい。閾値はピクセルごとに適用されてもよい。代替の実施形態では、信頼度閾値は、完全画像の一部に基づいて、例えば画像処理技術によって画像内で検出されることが可能な物体(1つ又は複数)に基づいて、又は画像全体について適用されてもよい。例えば、シーン内で検出される物体の反射率は、測定される距離が正しい可能性があることを確認するために使用されてもよい。信頼度閾値が距離依存であるインテリジェント閾値プロセスを使用することによって、本発明のTOFカメラシステムによって実際にサポートされることが可能な最大距離を増加させること、又は確実に検出されることが可能な最大距離が拡張され得るように最小反射率を減少させることが可能である。 The presence or ambiguity of aliasing may be determined within certain limits by the first and second frequencies and their separation, or the relationship between them. This ambiguity means that the ToF distance can be reliably determined up to a certain distance. The effects or ambiguity of aliasing may be further reduced in some embodiments if confidence levels are determined for distance measurements based on factors or processes other than ToF. According to an embodiment of the present invention, a reliability threshold is applied. This confidence threshold may be based, for example, on the distance-dependent characteristics of objects in the scene that can be detected. Such distance-related factors can be passive, such as the amount of IR light reflected from the object, the size of the speckle in the returning image, or projected by a divergence pattern and seen by the sensor. It may be active, such as measuring the size of the pattern. A threshold may be applied on a pixel-by-pixel basis. In alternative embodiments, the confidence threshold is based on a portion of the complete image, for example, based on object (s) that can be detected in the image by image processing techniques, or for the entire image. May be applied. For example, the reflectance of objects detected in the scene may be used to confirm that the measured distance may be correct. By using an intelligent threshold process where the confidence threshold is distance dependent, the maximum distance that can actually be supported by the TOF camera system of the present invention can be increased or reliably detected. It is possible to reduce the minimum reflectivity so that the maximum distance can be extended.
好ましくは、第3の手段は、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分の符号からエイリアシングの存在を判定するように適合される。 Preferably, the third means is adapted to determine the presence of aliasing from the sign of the in-phase and / or quadrature component of the reflected light to be detected.
好ましくは、第1の手段は、第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける相関から位相測定を行うように適合される。好ましくは、第2の手段は、第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける相関から位相測定を行うように適合される。 Preferably, the first means is adapted to make a phase measurement from the correlation at various phase offsets for the first frequency. Preferably, the second means is adapted to make a phase measurement from the correlation at various phase offsets for the second frequency.
必要に応じて、第2の周波数は第1の周波数の2−nであり、ここで、n=1,2,...などである。 Optionally, the second frequency is 2- n of the first frequency, where n = 1, 2,. . . Etc.
好ましくは、判定する第3の手段は、第1の周波数及び/又は第2の周波数においてI値及びQ値を判定するように適合される。 Preferably, the third means for determining is adapted to determine the I and Q values at the first frequency and / or the second frequency.
本発明の実施形態では、判定する第3の手段は、第1の周波数及び/又は第2の周波数において、例えばI値及び/又はQ値を0と比較することによって、I値及び/又はQ値の符号を判定することによって、エイリアシングの存在を判定するように適合される。 In an embodiment of the present invention, the third means for determining comprises comparing the I value and / or Q value at the first frequency and / or the second frequency, for example by comparing the I value and / or Q value with zero. It is adapted to determine the presence of aliasing by determining the sign of the value.
上記のセンサのうちのいずれも、TOF装置の一部であってもよい。 Any of the above sensors may be part of a TOF device.
本発明をより良く理解するために、ここで添付の図面を単なる例として参照する。 For a better understanding of the present invention, reference will now be made by way of example only to the accompanying drawings in which:
本発明について、特定の実施形態に関して特定の図面を参照して説明するが、本発明はそれらに限定されない。記載される図面は概略的なものにすぎず、非限定的なものである。図面において、要素のうちのいくつかのサイズは、説明の目的のために誇張され、縮尺通りには描かれていない場合がある。 The present invention will be described with respect to particular embodiments and with reference to certain drawings but the invention is not limited thereto. The drawings described are only schematic and are non-limiting. In the drawings, the size of some of the elements may be exaggerated for illustrative purposes and not drawn to scale.
本明細書の残りの部分では、ディエイリアシングの原理について、位相測定に基づいて説明する。但し、本発明は他の周期的信号(例えば疑似ランダムビットストリーム又はその他のデジタル信号)に対しても使用できることに留意されたい。 In the remainder of this specification, the principle of de-aliasing will be described based on phase measurements. However, it should be noted that the present invention can be used for other periodic signals (eg, pseudo-random bitstreams or other digital signals).
図7を参照すると、TOF測定においては、照射ユニットを有するTOFカメラシステムからの照射光がシーン内の点まで進み、それらの点からの反射された光がTOFカメラシステムのセンサユニットに戻るまでの、ラウンドトリップ時間が測定される。従来のTOFカメラシステムでは、照射光は、信号発生器からの信号を用いて照射ユニットを駆動することによって生成される、周期的に変調された光を含む。タイムオブフライトを判定するための1つの選択肢では、シーンを照射するためのTOFカメラシステムから放出される光と、受信されるシーンから反射された光との間の位相遅延が判定される。これは、信号発生器からの変調信号を受信する相関及び評価ユニット内で行われる。 Referring to FIG. 7, in the TOF measurement, the irradiation light from the TOF camera system having the irradiation unit travels to points in the scene, and the reflected light from those points returns to the sensor unit of the TOF camera system. The round trip time is measured. In conventional TOF camera systems, the illumination light includes periodically modulated light that is generated by driving the illumination unit using a signal from a signal generator. One option for determining time of flight is to determine the phase delay between the light emitted from the TOF camera system for illuminating the scene and the light reflected from the received scene. This is done in a correlation and evaluation unit that receives the modulated signal from the signal generator.
この位相遅延は、次に、周期長及び光速を使用して、測定される距離に、すなわちTOFカメラシステムからの、物体の少なくとも1つの点の距離に変換されてもよい。これはピクセルごとに行われてもよい。変調光の周期的性質に起因して、特定の距離において位相遅延測定値は繰り返され(すなわちエイリアシングされ)、これは位相遅延が周期の倍数を超過すると発生する。位相遅延測定値のこの繰り返しは、上述のように、信号の「エイリアシング」と呼ばれる。本質的に、TOF距離測定値Dは、
として判定されてもよく、上式で、cは光速であり、fは変調光の周波数であり、phase_degは度単位での位相シフトであり、kは「エイリアシング」された周期の数に関する。この式内の第1の因数は、ディエイリアシングのための備えを有さないシステムについてのエイリアシング距離であり、これは次の明白距離に一致する。
この距離は、1周期内に含まれてもよい最大距離を表す。より大きな距離は、k回の繰り返しであり、従って画像内に含まれる場合はエイリアシングされ、そして明白に測定されるためにはkに関する知識が必要とされる。
This phase delay may then be converted to the measured distance, i.e. the distance of at least one point of the object from the TOF camera system, using the period length and the speed of light. This may be done on a pixel-by-pixel basis. Due to the periodic nature of the modulated light, the phase delay measurement is repeated (ie, aliased) at a particular distance, which occurs when the phase delay exceeds a multiple of the period. This repetition of phase delay measurements is referred to as “aliasing” of the signal, as described above. In essence, the TOF distance measurement D is
Where c is the speed of light, f is the frequency of the modulated light, phase_deg is the phase shift in degrees, and k is related to the number of “aliased” periods. The first factor in this equation is the aliasing distance for systems that do not have provisions for dealiasing, which corresponds to the following obvious distance.
This distance represents the maximum distance that may be included within one period. Larger distances are k iterations, so they are aliased if included in the image, and knowledge about k is required to be clearly measured.
この原理に基づく距離測定値は、理論的には決して一意に規定されず、無制限の数の可能な距離測定値に一致する。現在のシステムでは、全ての測定値について、kの値が0に等しいと仮定する。従って、実際にはいくつかのピクセルについてk>0である場合、この仮定は正しくなく、測定値は不正確である。 A distance measurement based on this principle is theoretically never uniquely defined and corresponds to an unlimited number of possible distance measurements. In the current system, it is assumed that the value of k is equal to 0 for all measurements. Thus, in practice, if k> 0 for some pixels, this assumption is not correct and the measurements are inaccurate.
本発明の態様に従って、新規なディエイリアシング方法が説明され、この方法は、kが0である、又は特定の範囲内であると識別するために、及び/又はkの正確な値を識別するために使用されてもよい。本発明の実施形態は、イメージングセンサを有し、照射ユニットと共に使用するためのタイムオブフライトシステム内の相関測定において、特定の制限内で、エイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する方法を説明し、照射ユニットは、変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合される。この方法のステップは任意の好適な順序で実行されてもよい。この方法は、
a)シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出し、
b)1つ以上の第1の相関測定値によって、第1の相関信号と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定し、第1の相関信号は第1の周波数の周期的波形を有し、第1の相関測定値はイメージングセンサから少なくとも1つの物体までの距離に関するパラメータの値を提供し、
c)1つ以上の第2の相関測定値によって、イメージングセンサにおいて受信される反射された光と、第2の相関信号との間の第2の相関を判定し、第2の相関信号は第1の周波数より低い第2の周波数の周期的波形を有し、
d)パラメータの値について、第2の相関測定値からエイリアシングの存在を判定することを含んでもよい。
In accordance with an aspect of the present invention, a novel de-aliasing method is described that identifies k to be 0 or within a specific range and / or to identify the exact value of k. May be used. Embodiments of the present invention describe a method for determining the presence of aliasing or avoiding aliasing within certain limits in correlation measurements in a time-of-flight system for use with an illumination unit having an imaging sensor. The illumination unit is adapted to illuminate the scene with the modulated light, and the system is adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene. The method steps may be performed in any suitable order. This method
a) detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) determining a first correlation between the first correlation signal and the reflected light received at the imaging sensor by means of one or more first correlation measurements; Having a periodic waveform of one frequency, the first correlation measurement provides a value of a parameter relating to the distance from the imaging sensor to at least one object;
c) determining a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and the second correlation signal by means of one or more second correlation measurements; A periodic waveform of a second frequency lower than the frequency of 1,
d) For the value of the parameter, it may include determining the presence of aliasing from the second correlation measurement.
パラメータは位相差であってもよい。この方法では、第1の位相測定値が、第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける第1の相関測定値から判定されてもよい。好ましくは、第1の相関測定値における、検出される反射された信号の信号積分時間は、第2の相関測定値の信号積分時間より長い。これにより距離測定値の精度が向上し、同時に依然としてエイリアシングが解決される。 The parameter may be a phase difference. In this method, the first phase measurement may be determined from the first correlation measurement at various phase offsets for the first frequency. Preferably, the signal integration time of the detected reflected signal in the first correlation measurement is longer than the signal integration time of the second correlation measurement. This improves the accuracy of the distance measurement and at the same time still resolves aliasing.
第2の相関信号は、これが相関される検出される反射された変調光のデューティサイクルとは異なるデューティサイクルを有してもよい。第2の相関信号のデューティサイクルは50%であってもよい。 The second correlation signal may have a duty cycle that is different from the duty cycle of the detected reflected modulated light to which it is correlated. The duty cycle of the second correlation signal may be 50%.
第1及び/又は第2の相関測定値はエイリアシングインジケータとして結合される。そのようなエイリアシングインジケータはI値及びQ値であってもよい。別のインジケータは、シーン内の物体からの反射率などの、距離関連因子に基づいてもよい。 The first and / or second correlation measurements are combined as an aliasing indicator. Such an aliasing indicator may be an I value and a Q value. Another indicator may be based on distance related factors, such as reflectance from objects in the scene.
この方法は、
第2の周波数についての様々な位相オフセットを使用して第2の相関測定値を判定するステップと、
1つ以上の第2の相関測定値から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定し、同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定するステップとを更に含んでもよい。
This method
Determining a second correlation measurement using various phase offsets for the second frequency;
Determining from the one or more second correlation measurements an in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light and using the in-phase and / or quadrature component to determine the presence of aliasing; May further be included.
エイリアシングの存在は、距離関連因子を測定することから判定される信頼度レベルを使用することによって判定されてもよい。距離関連因子は、反射された光の量、スペックルパターンのサイズ、インポーズされるパターンのサイズであってもよい。 The presence of aliasing may be determined by using a confidence level determined from measuring distance related factors. The distance related factor may be the amount of reflected light, the size of the speckle pattern, the size of the pattern to be imposed.
エイリアシングの存在は、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分の符号などのインジケータから判定されてもよい。 The presence of aliasing may be determined from indicators such as the sign of the in-phase and / or quadrature component of the reflected light that is detected.
第2の位相測定値が、第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける第2の相関測定値から判定されてもよい。第1の周波数は第2の周波数と異なり、例えば第2の周波数より高い、又は第2の周波数の倍数である。 A second phase measurement may be determined from the second correlation measurement at various phase offsets for the second frequency. The first frequency is different from the second frequency, and is, for example, higher than the second frequency or a multiple of the second frequency.
同相及び/又は直角位相成分を判定するステップは、第1の周波数及び/又は第2の周波数におけるI値及びQ値を判定することを含んでもよい。 Determining in-phase and / or quadrature components may include determining an I value and a Q value at the first frequency and / or the second frequency.
エイリアシングの存在は、I及び/又はQの符号、及び/又は、I及びQの絶対値の差などのインジケータから判定されてもよい。 The presence of aliasing may be determined from indicators such as the sign of I and / or Q and / or the difference between the absolute values of I and Q.
実施形態は、特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する手段を有する、タイムオブフライト又はレンジ検出センサユニットを説明し、センサは、照射ユニットと共に使用するためのものであり、照射ユニットは、変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
センサユニットは、
a)シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出する、第1の手段と、
b)第1の相関測定値によって、第1の信号と、イメージングセンサにおいて受信される反射された光との間の第1の相関を判定する、第2の手段と(第1の相関測定値はイメージングセンサからシーンまでの距離に関するパラメータの値を提供し)、
d)第2の相関測定値によって、イメージングセンサにおいて受信される反射された光と、第2の信号との間の第2の相関を判定する、第3の手段と(第2の信号は第1の周波数より低い第2の周波数の周期的波形を有し)、
e)その値について、第2の相関測定値からエイリアシングの存在を判定する、第4の手段とを含む。
Embodiments describe a time-of-flight or range detection sensor unit having means for determining the presence of aliasing within certain limits or avoiding aliasing, the sensor being for use with an illumination unit; The illumination unit is adapted to illuminate the scene with modulated light, and the system is adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene,
The sensor unit
a) first means for detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) second means for determining a first correlation between the first signal and the reflected light received at the imaging sensor by means of the first correlation measurement (first correlation measurement; Provides parameter values for the distance from the imaging sensor to the scene)
d) third means for determining a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and the second signal by means of the second correlation measurement; Having a periodic waveform of a second frequency lower than the frequency of 1),
e) fourth means for determining the presence of aliasing from the second correlation measurement for the value.
パラメータは位相差であってもよい。第2の手段は、第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける第1の相関測定値から第1の位相測定値を判定するように適合されてもよい。 The parameter may be a phase difference. The second means may be adapted to determine the first phase measurement from the first correlation measurement at various phase offsets for the first frequency.
好ましくは、第2及び第3の手段は、第1の相関測定値の信号積分時間が第2の相関測定値の積分時間より長いように適合される。 Preferably, the second and third means are adapted such that the signal integration time of the first correlation measurement is longer than the integration time of the second correlation measurement.
第2の相関信号は、これが相関される検出される反射された変調光のデューティサイクルとは異なるデューティサイクルを有してもよい。第2の信号のデューティサイクルは50%であってもよい。 The second correlation signal may have a duty cycle that is different from the duty cycle of the detected reflected modulated light to which it is correlated. The duty cycle of the second signal may be 50%.
第2の相関を判定する第3の手段は、第2の周波数についての様々な位相オフセットにおいて第2の相関測定を実行するように適合されてもよい。
センサユニットは、第2の相関測定値から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定するように適合されてもよく、第4の手段は、同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定する。
The third means for determining the second correlation may be adapted to perform the second correlation measurement at various phase offsets for the second frequency.
The sensor unit may be adapted to determine an in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light from the second correlation measurement, and the fourth means is in-phase and / or quadrature Ingredients are used to determine the presence of aliasing.
エイリアシングの存在は、距離関連因子から判定される信頼度レベルを使用することによって判定されてもよい。距離関連因子は、第1の周波数及び/又は第2の周波数において変調された反射された光の量、スペックルパターンのサイズ、インポーズされるパターンのサイズであってもよい。 The presence of aliasing may be determined by using a confidence level determined from distance related factors. The distance related factor may be the amount of reflected light modulated at the first frequency and / or the second frequency, the size of the speckle pattern, the size of the pattern to be imposed.
同相及び/又は直角位相成分を判定する手段は、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分の符号からエイリアシングの存在を判定するように適合されてもよい。 The means for determining the in-phase and / or quadrature component may be adapted to determine the presence of aliasing from the sign of the detected in-phase and / or quadrature component of the reflected light.
判定する第2の手段は、第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける第1の相関から位相測定を行うように適合されてもよい。 The second means for determining may be adapted to make a phase measurement from the first correlation at various phase offsets for the first frequency.
判定する第3の手段は、第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける第2の相関から位相測定を行うように適合されてもよい。 The third means for determining may be adapted to make a phase measurement from the second correlation at various phase offsets for the second frequency.
第1の周波数は第2の周波数と異なり、例えば第2の周波数より高い、又は第2の周波数の倍数である。 The first frequency is different from the second frequency, and is, for example, higher than the second frequency or a multiple of the second frequency.
同相及び/又は直角位相成分を判定する第4の手段は、第2の周波数におけるI値及びQ値を判定するように適合されてもよい。 The fourth means for determining in-phase and / or quadrature components may be adapted to determine the I and Q values at the second frequency.
同相及び/又は直角位相成分を判定する第4の手段は、I値及び/又はQ値の符号を判定することによってエイリアシングの存在を判定するように適合されてもよい。 The fourth means for determining the in-phase and / or quadrature component may be adapted to determine the presence of aliasing by determining the sign of the I value and / or Q value.
第1及び/又は第2の信号は、好ましくは、オフセットエラーを回避するために位相オフセットについて較正される。 The first and / or second signal is preferably calibrated for phase offset to avoid offset errors.
センサユニットのセンサは、マイクロプロセッサ又はFPGAなどのプロセッサを含んでもよい相関及び評価ユニットと共に使用するためのものであってもよい。 The sensor of the sensor unit may be for use with a correlation and evaluation unit that may include a processor such as a microprocessor or FPGA.
第1及び第2の信号が、反射された光との相関のために説明されるが、本発明は、カスケードされてもよい又は繰り返し適用されてもよい、より多くの信号の使用を含み、それらの信号は第1及び第2の信号とは異なる周波数におけるものであってもよい。 Although the first and second signals are described for correlation with reflected light, the present invention includes the use of more signals that may be cascaded or applied repeatedly, These signals may be at a different frequency than the first and second signals.
第1の利点は、kが0であるかどうかを判定する場合、距離測定値は今や一意に規定される距離測定値であり、これにより、k>0の場合に上記で説明したようにシステムが不正確な距離情報を出力することが回避されるということである。第2の利点は、kの値を認識した場合、この識別された情報をシステムがより長い距離レンジに変換することが更に可能になるということである。第3の利点は、より高い変調周波数が使用可能であり、深さ精度に関する有利な効果を有する可能性があるということである。 The first advantage is that when determining whether k is 0, the distance measurement is now a uniquely defined distance measurement, so that the system as described above when k> 0 Output of inaccurate distance information is avoided. A second advantage is that if the value of k is recognized, it is further possible for the system to convert this identified information into a longer distance range. A third advantage is that higher modulation frequencies can be used and may have an advantageous effect on depth accuracy.
TOFなどのいくつかの距離測定技術では、測定において使用される反射されたアクティブ赤外線光の強度についての追加の値も取得され、本願発明者らはこれを信頼度と呼ぶ。信頼度は距離の2乗で低下する。 In some distance measurement techniques such as TOF, additional values for the intensity of the reflected active infrared light used in the measurement are also obtained, which we refer to as confidence . Reliability decreases with the square of the distance.
エイリアシングの曖昧性の解決における第1のアプローチは、kを判定するために信頼度を見ることである。信頼度は距離の関数であるだけでなく、シーン内の表面の反射率の関数でもあるため、これは良い解決法ではない。従って、非常に低い信頼度は、1周期を超えて離れた物体(k>0)に、又は非常に低い反射率を有するすぐ近くの物体(例えば黒い革ジャケット)に対応する可能性がある。従って、この原理に依拠するためには、シーン内の全てのピクセルについて、シーン内の反射率が知られていなければならない。そのような場合、信頼度はkを判定するために使用されてもよい。しかし実際にはこれは稀なケースである。 The first approach in resolving aliasing ambiguity is to look at the confidence to determine k. This is not a good solution because reliability is not only a function of distance, but also a function of the reflectivity of the surface in the scene. Thus, a very low confidence may correspond to an object that is separated by more than one period (k> 0) or to a nearby object with very low reflectivity (eg a black leather jacket). Therefore, to rely on this principle, the reflectivity in the scene must be known for every pixel in the scene. In such cases, the reliability may be used to determine k. In practice, however, this is a rare case.
本発明で使用されるアプローチでは、信頼度に部分的に依拠する。第1のアプローチは、信頼度に基づいて、k>0を有する可能性がある全てのピクセルを抑止することである。上記で示したように、信頼度は、k>0を有するピクセルが、すぐ近くのより低い反射率を有するピクセルと区別されることを可能にせず、両方が抑止される。従って、この原理を適用すれば、k>0を有する測定値が抑止されることが保証され、しかし特定の反射率制限より下の、エイリアシング距離未満の良好な測定値も抑止される。一次において、この最少反射率制限は、適用例のために必要とされる最大距離の2乗に比例し、明白距離の2乗に反比例する。高反射率、及び例えば低反射率衣料などの非常に低い反射率レベルに適合することが、この技術の使用事例の多くにおける目的であるため、この反射率制限は上記の技術の重大な制限である。従って、本発明の目的は、この制限を最小にすることである。これは明白距離を増加させること、又は適用例のために必要とされる最大距離を低減させることによって取得される。しかし後者は、ほとんどの場合はこれが適用例によって規定される固定パラメータであるため、見通しをほとんど又は全く提供せず、従って本明細書の残りの部分では考慮されない。明白距離は、変調周波数を低減させることによって容易に増加させることが可能である。しかしこれは距離測定に関する不確実性に悪影響を及ぼす。従って、本明細書で説明される、明白距離を増加させる他の手段が重要である。 The approach used in the present invention relies in part on reliability . The first approach is to suppress all pixels that may have k> 0 based on confidence . As indicated above, the confidence does not allow a pixel with k> 0 to be distinguished from a nearby lower reflectance pixel, both are suppressed. Applying this principle therefore ensures that measurements with k> 0 are suppressed, but also good measurements below the aliasing distance below a certain reflectance limit are suppressed. In the first order, this minimum reflectivity limit is proportional to the square of the maximum distance required for the application and inversely proportional to the square of the apparent distance. This reflectivity limitation is a significant limitation of the above technology, as it is the purpose in many use cases of this technology to meet high reflectivity and very low reflectivity levels, such as low reflectivity clothing. is there. The object of the present invention is therefore to minimize this limitation. This is obtained by increasing the apparent distance or reducing the maximum distance required for the application. However, the latter provides little or no outlook because in most cases this is a fixed parameter as defined by the application and is therefore not considered in the rest of this document. The apparent distance can be easily increased by reducing the modulation frequency. However, this adversely affects the uncertainty associated with distance measurements. Therefore, other means of increasing the apparent distance described herein are important.
距離依存である適応閾値などの、より複雑な信頼度閾値メカニズムを使用すれば、特定の反射率制限での最大サポート距離を増加させること、及び/又は最小反射率制限を減少させることが可能である。 Using more complex reliability threshold mechanisms such as adaptive thresholds that are distance dependent, it is possible to increase the maximum supported distance at a specific reflectance limit and / or decrease the minimum reflectance limit. is there.
説明を容易にするために、一般的なTOFカメラシステムが本明細書全体を通して仮定される。TOFカメラシステムにおいて位相を測定するために、同相すなわちI値、及び直角位相すなわちQ値が判定される。直角位相という用語は、位相情報を有する信号を意味する。一般にそのような信号は90°位相がずれているが、本発明は直角位相が90°を意味することに限定されない。60、30°などのような、360°内に配置されるその他の角度が使用されてもよい。エイリアシングの判定は、コンステレーションダイアグラム内のそのような決定領域を調べることによって行われてもよい。 For ease of explanation, a general TOF camera system is assumed throughout this specification. In order to measure phase in the TOF camera system, the in-phase or I value and the quadrature or Q value are determined. The term quadrature means a signal having phase information. In general, such signals are 90 ° out of phase, but the invention is not limited to implying 90 ° quadrature. Other angles located within 360 ° may be used, such as 60, 30 °, etc. The aliasing determination may be made by examining such a decision region in the constellation diagram.
本発明の実施形態によれば、I値及びQ値が判定される。これは一般に、例えば2つ以上の、又は、3つ、4つの異なる位相オフセットなどの、複数の位相オフセットにおいて、放出される及び反射される光信号の間の相関を測定することによって行われる。例えば4つのオフセットは、一般に0°、90°、180°、及び270°である。これらの測定値を使用する場合、I値及びQ値は、
I=M_0−M_180
Q=M_90−M_270
であり、上式で、M_0、M_90、M_180、及びM_270はそれぞれ0°、90°、180°、及び270°における測定値である。
According to the embodiment of the present invention, the I value and the Q value are determined. This is typically done by measuring the correlation between the emitted and reflected optical signals at multiple phase offsets, such as two or more, or three, four different phase offsets. For example, the four offsets are generally 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °. When using these measurements, the I and Q values are
I = M_0-M_180
Q = M_90-M_270
Where M_0, M_90, M_180 and M_270 are measured values at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °, respectively.
I及びQは、次に、標準的な三角法の関係
φ=atan2(Q,I)
を使用して位相φを計算するために使用されてもよい。
I and Q are then standard trigonometric relations φ = atan 2 (Q, I)
May be used to calculate phase φ.
TOF測定のための照射光として使用される変調周波数は、以下の説明全体を通して、第1の周波数又はベース周波数(BF)と呼ばれる。加えて、第2の周波数又は派生周波数が、BFに対するそれらの関係に従って、例えばHALF及びQUARTERなどと呼ばれる。 The modulation frequency used as illumination light for TOF measurement is referred to as the first frequency or base frequency (BF) throughout the following description. In addition, the second frequency or derived frequency is referred to as HALF and QUATER, for example, according to their relationship to BF.
本発明の目的は、TOF距離測定に次いで、追加のより短い測定を追加することによってエイリアシングを区別し、エイリアシング状態を判定することを可能にする技術も提供することである。本発明の目的は、この測定を行うために必要とされる積分時間をできるだけ短く保って、必要とされる照射におけるエネルギーを節約し、できるだけ集中し、実際の距離測定のための長い積分時間を可能にすることである。積分時間がより長ければ、不確実性はより少ない。しかし利用可能な積分時間は、例えば50fpsに対して20msのように、必要とされるフレームレートによって制限される。従って、非常に短い時間フレーム内でエイリアシングを識別する技術を有することが重要であり、非常に有利である。 It is also an object of the present invention to provide a technique that makes it possible to distinguish aliasing and determine the aliasing state by adding an additional shorter measurement following the TOF distance measurement. The purpose of the present invention is to keep the integration time required to make this measurement as short as possible, to save energy in the required irradiation, to concentrate as much as possible, and to provide a long integration time for the actual distance measurement. Is to make it possible. The longer the integration time, the less uncertainty. However, the available integration time is limited by the required frame rate, for example 20 ms for 50 fps. Therefore, it is important and very advantageous to have a technique for identifying aliasing within a very short time frame.
本発明の第1の実施形態によれば、1つの追加の測定が、上述の標準的なTOF技術を用いて、より低い第2の周波数において行われる。この測定は、例えば第2の周波数HALF、すなわち第1の周波数又はBFの半分において行われる。その場合、システムは以下の関係を使用して、kが偶数であることとkが奇数であることを判別することが可能である。
QHALF>0の場合→kが偶数でのTOF測定
QHALF<0の場合→kが奇数でのTOF測定
According to the first embodiment of the invention, one additional measurement is made at the lower second frequency using the standard TOF technique described above. This measurement is made, for example, at the second frequency HALF, ie at the first frequency or half of the BF. In that case, the system can use the following relationship to determine whether k is an even number and k is an odd number.
When QHALF> 0 → TOF measurement when k is an even number When QHALF <0 → TOF measurement when k is an odd number
従って、1回の測定の符号を調べることのみで、kについての可能な値を奇数又は偶数のいずれかであることに低減させることが可能になる。従って、明白距離は2倍に増加させられ、これにより反射率制限は4分の1に低減させられる。 It is therefore possible to reduce the possible value for k to either odd or even by simply examining the sign of a single measurement. Thus, the apparent distance is increased by a factor of 2, which reduces the reflectance limit by a factor of four.
しかし、この測定におけるノイズに起因して、例えばQHALFが0に非常に近い場合、測定値は誤って解釈される可能性がある。 However, due to noise in this measurement, for example, if QHALF is very close to 0, the measured value may be misinterpreted.
あるいは、IHALF測定値も、上記と同じ関係を使用して、測定におけるノイズの同じ問題を伴って使用されてもよい。 Alternatively, IHALF measurements may also be used with the same problem of noise in measurements using the same relationship as above.
これを改良するために、測定の時間的コヒーレンシを考慮に入れ、エイリアシング距離を完全に又はほぼ完全に変える距離を拒絶してもよく、なぜならそれらは上記で説明したノイズに起因する可能性があるからである。エイリアシング距離は一般にかなり大きく、例えば20MHzの変調周波数に対して7.5mなどである。時間的コヒーレンシに次いで又はこれと共に、周囲のピクセルも考慮に入れられてもよい。 To improve this, the temporal coherency of the measurement may be taken into account and the distances that completely or nearly completely change the aliasing distance may be rejected because they may be due to the noise described above Because. The aliasing distance is generally quite large, for example 7.5 m for a modulation frequency of 20 MHz. Surrounding pixels may also be taken into account after or in conjunction with temporal coherency.
ノイズに対する耐性を向上させるための別の手法は、例えばIHALF又はQHALFだけでなく、両方を調べ、次にQHALF、IHALFの符号、並びにQBF及びIBFの符号も使用することによって、追加の冗長性を測定内に追加することである。このようにして、以下でより詳細に説明するように、4つの可能性のある結果及び結論が取得され得る。 Another approach to improving immunity to noise is to add additional redundancy, for example, by examining both not only IHALF or QHALF but then also using QHALF, IHALF codes, and QBF and IBF codes. To add in the measurement. In this way, four possible results and conclusions can be obtained, as will be described in more detail below.
QBF及びIBFは一般に、容易に入手可能であり、なぜならこれらはTOF測定自体を完了するために計算されなければならず、従って追加の必要とされる測定値とはみなされないからである。 QBF and IBF are generally readily available because they must be calculated to complete the TOF measurement itself, and therefore are not considered additional required measurements.
図1は、4つの象限1、2、3、及び4に分割されたコンステレーションダイアグラム10を示す。各象限1、2、3、及び4は、それぞれ、0°と90°との間、90°と180°との間、180°と270°との間、及び270°と0°すなわち360°との間の位相範囲に対応する。第1の周波数又はベース周波数、及びベース周波数の半分である第2の周波数に関して、以下の表1は、各行が、円10内のHALF又は低周波数象限に対応し、各列が、BF又は高周波数象限に対応することを示す。各測定について、QHALF、IHALF、QBF、及びIBFの符号が、次に、BF又は第1の周波数、及びHALF又はより低い周波数についての象限を判定するために使用されてもよい。これらの象限を使用して、HALF又はより低い周波数についての正しい象限の値が表1に示されている。この正しい値は次に、上記で示したように、kの奇数及び偶数符号を判定するために使用される。このようにして、測定値の冗長性に起因して、最大90°までのノイズが補正され得る。 FIG. 1 shows a constellation diagram 10 divided into four quadrants 1, 2, 3, and 4. Each quadrant 1, 2, 3, and 4 is between 0 ° and 90 °, between 90 ° and 180 °, between 180 ° and 270 °, and 270 ° and 0 ° or 360 °, respectively. Corresponds to the phase range between. For the first frequency or base frequency and the second frequency, which is half of the base frequency, Table 1 below shows that each row corresponds to a HALF or low frequency quadrant in circle 10 and each column is BF or high. Indicates that it corresponds to the frequency quadrant. For each measurement, the sign of QHALF, IHALF, QBF, and IBF may then be used to determine the quadrant for BF or first frequency, and HALF or lower frequency. Using these quadrants, the correct quadrant values for HALF or lower frequencies are shown in Table 1. This correct value is then used to determine the odd and even signs of k, as indicated above. In this way, noise up to 90 ° can be corrected due to the redundancy of the measured values.
従って、最初に信頼度閾値が設定されてk>1の可能性がある全ての測定値を除去しなければならず、次にHALF象限を認識し、「HALF_3」又は「HALF_4」の値は単一のエイリアシング距離が追加される必要があることを意味し、「HALF_1」又は「HALF_2」の象限値はエイリアシングが存在しないことを意味する。従って、HALFQ及びHALFIの測定を追加し、HALFQ、HALFI、QBF、IBFの符号を見ることのみによって、明白距離の倍増を達成することが可能である。 Therefore, the confidence threshold must first be set to remove all possible measurements with k> 1, then the HALF quadrant is recognized and the value of “HALF — 3” or “HALF — 4” is simply It means that one aliasing distance needs to be added, and the quadrant value of “HALF_1” or “HALF_2” means that no aliasing exists. Thus, by adding HALFQ and HALFI measurements and only looking at the signs of HALFQ, HALFI, QBF, IBF, it is possible to achieve doubling of the apparent distance.
HALFQ及びHALFI測定値について符号のみが区別される必要があるため、これらの測定値を得るために使用されるアクティブ光の量を制限することが望ましい。上記で示したように、約90°のノイズがこの技術を使用して修正され得る。従って、システム動作は、3Dタイムオブフライトカメラの当業者によって行われ得るように、90°を超えるノイズを回避するように設計されるべきである。 Since only the sign needs to be distinguished for HALFQ and HALFI measurements, it is desirable to limit the amount of active light used to obtain these measurements. As indicated above, approximately 90 ° of noise can be corrected using this technique. Therefore, system operation should be designed to avoid noise above 90 °, as can be done by those skilled in the art of 3D time-of-flight cameras.
更に、第2の重要な制約条件は、両方の周波数において行われる測定の間のオフセットである。このオフセットは、90°の許容ノイズレベルから上記の理由において導き出される。従って、このオフセットをできるだけ低減させることが重要である。これは例えば1)変調信号を位相シフトさせること、又は2)受信される相関のうちの1つを後で計算的に回転させることによって行われてもよい。 Furthermore, a second important constraint is the offset between measurements made at both frequencies. This offset is derived for the above reason from an acceptable noise level of 90 °. Therefore, it is important to reduce this offset as much as possible. This may be done, for example, by 1) phase shifting the modulated signal, or 2) later computationally rotating one of the received correlations.
オフセットを低減させることは、製造中のTOFカメラ較正フェーズの間に、固定された既知の距離において各周波数について位相を測定し、測定されるオフセットについて補正することによって行われてもよい。このオフセット値はデジタルメモリ内に記憶され、次に、放出される光又は反射される光のうちの1つに遅延を適用してオフセットを補償するために使用される。 Reducing the offset may be done by measuring the phase for each frequency at a fixed known distance and correcting for the measured offset during the TOF camera calibration phase during manufacture. This offset value is stored in the digital memory and is then used to apply a delay to one of the emitted or reflected light to compensate for the offset.
一般的な実装では、第1の周波数又は高変調周波数は、TOFカメラシステム内のベースクロックによって許容される可能な最小数のデジタルステップを用いて達成され、第2の周波数又は最低周波数は、いくつかのベースクロック・ティックで作られる。従って、第2の周波数又は最低周波数(この場合はHALF)のみを調節することが、その遅延を第1の周波数又は最高周波数(BF)と一致させるために必要である。 In a typical implementation, the first frequency or high modulation frequency is achieved using the minimum number of digital steps allowed by the base clock in the TOF camera system, and the second frequency or minimum frequency is Made with that base clock tick. Therefore, it is necessary to adjust only the second frequency or the lowest frequency (in this case HALF) in order to match the delay to the first frequency or the highest frequency (BF).
加えて、残りの不一致は、PLL又は遅延線を使用して除去されてもよい。 In addition, the remaining inconsistencies may be removed using a PLL or delay line.
あるいは、同期は、(2×2)×(2×1)マトリクス操作を用いてI及びQ座標を回転させることによって達成されてもよく、ここで(2×2)マトリクスは、較正中に決定されてもよく、又は特定のTOFカメラシステム製造ラインについての固定されたマトリクスとして定義されてもよい。 Alternatively, synchronization may be achieved by rotating the I and Q coordinates using a (2 × 2) × (2 × 1) matrix operation, where the (2 × 2) matrix is determined during calibration. Or may be defined as a fixed matrix for a particular TOF camera system production line.
但し、本発明の第1の実施形態は、第1の周波数又は元の変調周波数すなわちBF信号において取得可能な、曖昧性のないすなわち明白距離(non−ambiguity or unambiguous distance)の、最大2倍までしか検出できないという点において明確な制限を有することに留意されたい。 However, the first embodiment of the present invention is up to twice the unambiguous or unambiguous distance obtainable at the first frequency or the original modulation frequency or BF signal. Note that there is a clear limitation in that it can only be detected.
本発明の第2の実施形態では、第2の周波数はQUARTER周波数であってもよく、例えば、20MHzの第1の周波数BFに対して、使用されてもよい第2の周波数又は最低周波数は5MHzである。これはエイリアシング距離レンジの最大4倍までの、識別がもたらされ得るレンジの拡張を提供する。 In the second embodiment of the present invention, the second frequency may be a QUATER frequency, for example, for a first frequency BF of 20 MHz, the second or lowest frequency that may be used is 5 MHz. It is. This provides an extension of the range where identification can result, up to four times the aliasing distance range.
図2は、示されている8つのセクタ1、2、3、4、5、6、7、及び8に分割された円20を示す。この場合、測定におけるノイズの存在に起因する1つのケースから別のケースへのジャンプを回避するために調べられる必要がある、以下の表2に示す8つの可能なケースが存在する。 FIG. 2 shows a circle 20 divided into eight sectors 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, and 8 as shown. In this case, there are eight possible cases shown in Table 2 below that need to be examined to avoid jumps from one case to another due to the presence of noise in the measurement.
上記のHALF周波数の場合と同様に、冗長性のない、しかしノイズの傾向がある実装が可能である。この場合、これはQUARTER周波数を4つのみの象限に分割することに基づく。前の場合と同様に、ノイズの影響に対する補償は、時間コヒーレンシ及び/又は隣接するピクセルとのコヒーレンシを使用して提供され得る。 As with the HALF frequency above, an implementation without redundancy but with a tendency to noise is possible. In this case, this is based on splitting the QUATER frequency into only four quadrants. As before, compensation for the effects of noise can be provided using temporal coherency and / or coherency with neighboring pixels.
表2では、各行が、円20内の第2の周波数QUARTER又は低周波数セクタに対応し、各列が、第1の周波数BF又は高周波数象限に対応する。表2内の値は、正しいQUARTERに対応する。このようにして、測定値の冗長性に起因して、最大90°までのBF又は高周波数ノイズが補正され得る。 In Table 2, each row corresponds to a second frequency QUATER or low frequency sector in circle 20, and each column corresponds to a first frequency BF or high frequency quadrant. The values in Table 2 correspond to the correct QUATER. In this way, BF or high frequency noise up to 90 ° can be corrected due to the redundancy of the measured values.
表2では、ケース1〜8は、以下のステップが実行されるという前提で区別され得る。
1)Iの符号を調べる
2)Qの符号を調べる
3)I>Qかどうかを調べる
In Table 2, Cases 1-8 can be distinguished on the assumption that the following steps are performed.
1) Check the sign of I 2) Check the sign of Q 3) Check if I> Q
前と同様に、これらの全ての演算は単純な比較演算であり、しかし制約条件は同じままであり、すなわち、第1の周波数BF又は高周波数信号の90°が、第2の周波数QUARTER又は低周波数信号の22.5°と等しい。これは、表1及び2のそれぞれが4つの列を有する理由でもある。 As before, all these operations are simple comparison operations, but the constraints remain the same, ie, the first frequency BF or the high frequency signal 90 ° is the second frequency QUATER or low Equal to 22.5 ° of the frequency signal. This is also the reason why each of Tables 1 and 2 has four columns.
より低い周波数についてQUARTER_1〜QUARTER_8のケースを区別することは、次に、以下を識別するために役立つ。
QUARTER_1又はQUARTER_2:kは[0;4;8;...]に属する
QUARTER_3又はQUARTER_4:kは[1;5;9;...]に属する
QUARTER_5又はQUARTER_6:kは[2;6;10;...]に属する
QUARTER_7又はQUARTER_8:kは[3;7;11;...]に属する
Distinguishing the case of QUATER_ 1 to QUATER_ 8 for lower frequencies will then help to identify:
QUATER_1 or QUATER_2: k is [0; 4; 8; . . ] QUATER_3 or QUATER_4: k belonging to [1; 5; 9; . . ] QUATER_5 or QUATER_6: k belonging to [2; 6; 10; . . QUATER_7 or QUATER_8: k belonging to [3; 7; 11; . . ] Belonging to
明白距離はこれによって4倍に拡張される。従って、信頼度閾値に課される必要がある反射率制限は、所望されたように大幅に低減される。 The apparent distance is thereby extended by a factor of four. Thus, the reflectivity limit that needs to be imposed on the confidence threshold is greatly reduced as desired.
本発明は、HALF又はQUARTER周波数である第2の周波数に限定されず、EIGHTH及びより低い分数周波数などの他の周波数に拡張されてもよい、ということは容易に理解されるであろう。しかし、EIGHTH又はより低い分数周波数の利用に伴って、計算要件における関連する増加があり、なぜならその場合この技術は、全てのエイリアシングパターンを識別できるように、少なくとも8つの、及び好ましい16のケースを使用するからである。 It will be readily appreciated that the present invention is not limited to the second frequency being the HALF or QUATER frequency, and may be extended to other frequencies such as EIGHTH and lower fractional frequencies. However, with the use of EIGHTH or lower fractional frequencies, there is a related increase in computational requirements, because in this case the technique has at least 8 and 16 preferred cases so that all aliasing patterns can be identified. It is because it uses.
エイリアシングレンジを、BF又は高周波数の曖昧性のないすなわち明白な間隔の最大4倍に拡張することは、完全にディエイリアシングされた距離測定又は関連する画像を達成するために、多くの場合すでに十分である。しかしTOPカメラシステムの曖昧性のないすなわち明白レンジを更に拡張することが本発明の範囲内に含まれることは、理解されるであろう。 Extending the aliasing range up to four times the unambiguous or obvious spacing of BF or high frequencies is often already sufficient to achieve fully de-aliased distance measurements or related images. It is. However, it will be understood that further expansion of the unambiguous or apparent range of the TOP camera system is within the scope of the present invention.
反射率と距離との間のトレードオフが、距離に対する相対信号強度のグラフがプロットされた図3に示されている。トレース30は、反射率4%の場合のエイリアシングされていない信号に関し、トレース35は、反射率100%の場合のエイリアシングされた信号に関する。 The trade-off between reflectivity and distance is shown in FIG. 3, where a graph of relative signal strength versus distance is plotted. Trace 30 relates to the unaliased signal when the reflectivity is 4%, and trace 35 relates to the aliased signal when the reflectivity is 100%.
しかし、変調周波数を増加させる場合、これはTOFカメラシステムの性能のために有益であるが、システムの最大レンジを4倍に拡張することは適切ではない場合がある、ということが見い出された。1.5mの自然な曖昧性のないすなわち明白距離を有する100MHzの第1の周波数BFが使用される場合、上記の本発明の第2の実施形態に関して説明されたQUARTER周波数である第2の周波数を使用すれば、曖昧性のないすなわち明白距離は今や6mである。しかし、TOFカメラシステムが動作する領域のサイズに起因して、距離測定は3mに制限され、反射率制限は一次において25%となり、これはより低い反射率の物体についての距離判定を非常に困難にする。その上、6mより大きな距離におけるディエイリアシングが必要とされるシステムについて、QUARTER周波数である第2の周波数は、従って十分ではない。 However, it has been found that increasing the modulation frequency is beneficial for the performance of the TOF camera system, but it may not be appropriate to extend the maximum range of the system by a factor of four. If a first frequency BF of 100 MHz with a natural unambiguous or obvious distance of 1.5 m is used, a second frequency that is the QUATER frequency described with respect to the second embodiment of the invention above. Is used, the unambiguous or obvious distance is now 6 m. However, due to the size of the area in which the TOF camera system operates, the distance measurement is limited to 3 m and the reflectivity limit is 25% in the first order, which makes it very difficult to determine the distance for lower reflectivity objects. To. Moreover, for systems where de-aliasing at distances greater than 6 m is required, the second frequency, which is the QUATER frequency, is not sufficient.
上述のように、EIGHTH周波数である第2の周波数がこれらの状況のために使用されてもよいが、より複雑な比較が伴う。より複雑な比較の代替として、反復技術が、曖昧性のないすなわち明白距離を拡張するために使用されてもよい。 As mentioned above, a second frequency that is an EIGHTH frequency may be used for these situations, but with more complex comparisons. As an alternative to more complex comparisons, iterative techniques may be used to extend the unambiguous or apparent distance.
本発明の第1の実施形態で上述したHALF周波数である第2の周波数を使用する、反復方法が実装されてもよい。これは曖昧性のないすなわち明白距離を100%拡張し、すなわち、第1の周波数BFを用いて取得される明白距離を2倍にする。第1の反復において距離は100%拡張される(2倍される)。第2の反復において距離は更に100%拡張され(実質的に4倍され)、第3の反復において距離は更に100%拡張される(8倍にされる)。各反復において、測定値におけるエイリアシングの存在が判定され得るように、I及びQの符号が判定される。 An iterative method may be implemented using the second frequency, which is the HALF frequency described above in the first embodiment of the present invention. This extends the unambiguous or apparent distance by 100%, ie, doubles the apparent distance obtained using the first frequency BF. In the first iteration, the distance is expanded 100% (doubled). In the second iteration, the distance is further expanded by 100% (substantially four times), and in the third iteration, the distance is further expanded by 100% (multiplied by eight). At each iteration, the signs of I and Q are determined so that the presence of aliasing in the measurement can be determined.
反復を無期限に実行することが可能であるが、許容ノイズ制限が慎重に守られなければならない、ということが理解されるであろう。1ステップについての最大許容ノイズは90°であり、しかしこれはその後、この反復プロセスの全ての段階において順守されなければならない。 It will be appreciated that iterations can be performed indefinitely, but acceptable noise limits must be carefully observed. The maximum allowable noise for one step is 90 °, but this must then be observed at all stages of this iterative process.
あるいは、第2のHALF周波数の反復を使用する代わりに、第2のQUARTER周波数について反復が実行されてもよく、これは同じ数の測定を用いて物体が測定され得る距離のより大きな拡張を可能にする。加えて、反復は、第2のHALF及びQUARTER周波数の両方を使用して結合されてもよい。第2のHALF周波数を反復内に含め、これにより、曖昧性のないすなわち明白距離を他の手法で更に拡張することも可能な場合がある。 Alternatively, instead of using a second HALF frequency iteration, an iteration may be performed for the second QUATER frequency, which allows a greater extension of the distance over which an object can be measured using the same number of measurements. To. In addition, the iterations may be combined using both the second HALF and QUATER frequencies. It may also be possible to include the second HALF frequency in the iteration, thereby further extending the unambiguous or obvious distance in other ways.
TOF測定は一般に、複数の異なる測定を行うことによって実施される。これらの測定は、照射源によって放出される変調信号と、TOFカメラシステムのイメージングセンサにおいて受信されるものとの間の位相差又は時間遅延差において異なる。これらの測定は「位相フレーム」と呼ばれてもよい。一般に、0°、90°、180°、及び270°が位相フレームのために使用される。これらの測定のそれぞれは並列に、又は順次行われてもよい。本発明は1つ以上の追加の測定が行われることを必要とするため、これらの追加の測定を実施する様々な手法が可能である。 TOF measurements are generally performed by making a plurality of different measurements. These measurements differ in the phase difference or time delay difference between the modulated signal emitted by the illumination source and that received at the imaging sensor of the TOF camera system. These measurements may be referred to as “phase frames”. In general, 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° are used for the phase frame. Each of these measurements may be performed in parallel or sequentially. Since the present invention requires that one or more additional measurements be made, various approaches are possible to perform these additional measurements.
追加の測定を実施する一方法は、位相フレームのための測定時間の長さを低減させ、必要とされる追加の測定を追加することである。一実施では、4つの追加の位相フレームが必要とされ、0_HF、90_HF、180_HF、270_HF、0_LF、90_LF、180_LF、270_LFにおける測定がもたらされ、ここで、HFは高周波数を意味し、LFは低周波数に関する。一般にこれらの測定は順次行われ、ディエイリアシングの十分な精度のために必要とされる測定時間は、LFについてはHFと比較してはるかに短い。 One way to perform additional measurements is to reduce the length of measurement time for the phase frame and add additional measurements as needed. In one implementation, four additional phase frames are required, resulting in measurements at 0_HF, 90_HF, 180_HF, 270_HF, 0_LF, 90_LF, 180_LF, 270_LF, where HF means high frequency and LF is Related to low frequencies. In general, these measurements are performed sequentially, and the measurement time required for sufficient accuracy of de-aliasing is much shorter for LF compared to HF.
別の方法は、これらの追加の測定を個々の位相フレームのそれぞれの後に追加することであり、これにより、0_HF、0_LF、90_HF、90_LF、180_LF、180_HF、270_LF、270_HFにおける測定がもたらされる。 Another method is to add these additional measurements after each of the individual phase frames, resulting in measurements at 0_HF, 0_LF, 90_HF, 90_LF, 180_LF, 180_HF, 270_LF, 270_HF.
これらの測定は、システムが許容する場合、並列に行われてもよい。本発明の方法は、低レベル電子回路を使用して実装されてもよい。この方法は、ホスト上のドライバ回路内に、又は更にはその背後に容易に実装されることが可能であるが、一般には、コンパニオンチップ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)上で動作するファームウェア内に実装される。この方法はまた、イメージングセンサの集積回路(IC)内に組み込まれてもよい。加えて、本発明の方法は、逆正接(tan−1すなわちarctan)、平方根(sqrt)などのような困難な代数関数にではなく、非常に単純な比較ロジックに基づくため、特に有用である。 These measurements may be performed in parallel if the system allows. The method of the present invention may be implemented using low level electronic circuitry. This method can be easily implemented in the driver circuit on the host or even behind it, but generally in firmware running on a companion chip or field programmable gate array (FPGA). Implemented. This method may also be incorporated into an integrated circuit (IC) of the imaging sensor. In addition, the method of the present invention is particularly useful because it is based on very simple comparison logic rather than on difficult algebraic functions such as arctangent (tan-1 or arctan), square root (sqrt), etc.
本発明のシステムは、必要とされる測定値の数を低減させることによって最適化され得る。TOF理論によれば、少なくとも3つの測定値が好ましい。従って、0°及び90°値のみを基準値と共に測定することが可能である。ここで、必要とされるI値及びQ値は以下のように判定されてもよい。
I=M_0°−基準
Q=M_90°−基準
上式で、M_0°及びM_90°は、それぞれ0°及び90°において取られる測定値である。
The system of the present invention can be optimized by reducing the number of measurements required. According to the TOF theory, at least three measurements are preferred. It is therefore possible to measure only the 0 ° and 90 ° values together with the reference value. Here, the required I value and Q value may be determined as follows.
I = M_0 ° -reference Q = M_90 ° -reference where E_M_0 ° and M_90 ° are measurements taken at 0 ° and 90 °, respectively.
本発明について、例えば0°、90°、180°、及び270°などの、90°間隔で取られる測定値を使用して説明してきたが、その他の測定値も使用されてもよいということが理解されるであろう。測定値間隔は、0°、120°、及び240°、又は任意のその他の好適な測定値間隔であってもよい。同相及び/又は直角位相信号が評価される場合、0°、90°、180°、及び270°、又は、90°、180°、270°、及び360°の間隔が使用される傾向がある。 Although the present invention has been described using measurements taken at 90 ° intervals, such as 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °, for example, other measurements may be used. Will be understood. The measurement interval may be 0 °, 120 °, and 240 °, or any other suitable measurement interval. When in-phase and / or quadrature signals are evaluated, intervals of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° or 90 °, 180 °, 270 °, and 360 ° tend to be used.
本発明の別の実装では、追加のより低い周波数の測定のために、光源に送られる変調信号とセンサ内のミキサ29(図6を参照)に送られるミックス信号とについて、異なるデューティサイクルが使用されてもよい。そのようなアプローチのために使用される信号を有する例示的フレームが、図4に示されている。フレームは長さ110を有し、これらの種類の測定において一般的なように、信号対ノイズ比を向上させるために、示されているフレームは1回の測定について複数回繰り返される。数値の一般的な例は、フレーム長について100ns、1000回の繰り返し、及び100μsの実効時間にわたる積分である。 In another implementation of the invention, different duty cycles are used for the modulation signal sent to the light source and the mix signal sent to the mixer 29 in the sensor (see FIG. 6) for additional lower frequency measurements. May be. An exemplary frame with signals used for such an approach is shown in FIG. The frame has a length 110 and, as is common in these types of measurements, the illustrated frame is repeated multiple times for a single measurement to improve the signal-to-noise ratio. A common example of a number is 100 ns for frame length, 1000 iterations, and integration over an effective time of 100 μs.
例えばBFの周期の半分である、例えば長さ100を有するパルス106などの信号が、照射の変調信号として使用され、センサのミキサは、例えばHALF周波数パルス長に対応する、パルス長100より長いデューティサイクル長103を有するパルス107を用いて駆動される。そのような信号を使用して、kが奇数であるか偶数であるかを以下のように確認することができる。
1)図4に示すMIX信号についての、第1の測定値(M1)
2)図4に示す反転されたMIX信号についての、第2の測定値(M2)
図4のRETURN_LIGHT_Aによって示されているように、M1>M2はk=偶数を示す。図4のRETURN_LIGHT_Bによって示されているように、M2>M1はk=奇数を示す。
For example, a signal such as a pulse 106 having a length of 100, for example half of the BF period, is used as the modulation signal for illumination, and the sensor mixer has a duty longer than the pulse length 100, for example corresponding to the HALF frequency pulse length. It is driven using a pulse 107 having a cycle length 103. Using such a signal, it can be checked whether k is odd or even as follows.
1) First measured value (M1) for the MIX signal shown in FIG.
2) Second measured value (M2) for the inverted MIX signal shown in FIG.
As indicated by RETURN_LIGHT_A in FIG. 4, M1> M2 indicates k = even. As indicated by RETURN_LIGHT_B in FIG. 4, M2> M1 indicates k = odd number.
図4における波形は、好ましくは、M1=M2となる距離がBFについてのエイリアシング距離と一致するように構成される。この理由により、図4に示されているパルス106の開始は、パルス107の開始から位相シフトされている。パルス106はフレーム境界にまたがるため、従ってフレームの始まりにおける部分とフレームの終わりにおける部分とを有する。より小さなパルス幅100が選択されれば、kの値に関してより多くのコントラストが得られ、しかしパルス幅100がより短く選択されるにつれて、より少ないエネルギーが照射によって放出され、従ってより長い積分時間が特定のノイズレベルを得るために必要とされる、ということにも留意されたい。 The waveform in FIG. 4 is preferably configured such that the distance where M1 = M2 matches the aliasing distance for BF. For this reason, the start of pulse 106 shown in FIG. 4 is phase shifted from the start of pulse 107. The pulse 106 spans the frame boundary and thus has a portion at the beginning of the frame and a portion at the end of the frame. If a smaller pulse width 100 is selected, more contrast is obtained with respect to the value of k, but as the pulse width 100 is selected shorter, less energy is released by the irradiation and thus a longer integration time. Note also that it is required to obtain a specific noise level.
この技術の利点は、行われなければならない測定が2つだけであるということである。追加の冗長性は必要とされない。従って、実際のTOF距離測定を実行するためにより多くの時間が利用可能である。 The advantage of this technique is that only two measurements have to be made. No additional redundancy is required. Therefore, more time is available to perform the actual TOF distance measurement.
上記のデューティサイクル変化技術のより一般的なアプローチのために使用される信号を有する例示的フレームが、図5に示されている。再び、フレームは長さ210を有し、ディエイリアシングのための追加の測定の間、継続的に繰り返されるとみなされる。パルス長203は、kに関して調べるために任意に選択されてもよく、例えば、パルス長203がエイリアシング距離に一致しパルス長204がエイリアシング距離の2倍に一致するように選択されてもよく、これにより以下のようにkに関して調べることが可能になる。
1)図5に示すMIX信号についての、M1を測定
2)図5に示す反転されたMIX信号についての、M2を測定
M1>M2は、kが[0;3;4;7;8;11...]に属することを示す
M2>M1は、kが[1;2;5;6;9;10...]に属することを示す
An exemplary frame with signals used for the more general approach of the above duty cycle change technique is shown in FIG. Again, the frame has a length 210 and is considered to be continuously repeated during additional measurements for dealiasing. The pulse length 203 may be arbitrarily selected to examine with respect to k, for example, the pulse length 203 may be selected to match the aliasing distance, and the pulse length 204 may be selected to match twice the aliasing distance. Makes it possible to check for k as follows.
1) Measure M1 for the MIX signal shown in FIG. 5 2) Measure M2 for the inverted MIX signal shown in FIG. 5 M1> M2, where k is [0; 3; 4; 7; 8; 11 . . . M2> M1 indicating that the k belongs to [1; 2; 5; 6; 9; 10. . . ] Belonging to
従って、2つのみの追加の測定を用いて、明白距離の拡張はk=2までになり得る(k=3はk=0と同様となる)。 Thus, with only two additional measurements, the apparent distance extension can be up to k = 2 (k = 3 is similar to k = 0).
上記は一例であるということ、及び、当業者によって構成され得るように、異なるパルス長203及び204を選択することによって、非整数を含む、kに関する任意の確認が、同様の手法で確認され得るということに留意されたい。また、前の技術と同様に、この技術も、明白距離を更に拡張するために反復されてもよい。 Any confirmation about k, including non-integer numbers, can be confirmed in a similar manner by selecting different pulse lengths 203 and 204, as the above is an example, and can be configured by one skilled in the art. Please note that. Also, like the previous technique, this technique may be repeated to further extend the apparent distance.
より小さなパルス幅200が選択されれば、kの値に関してより多くのコントラストが得られ、しかしパルス幅200がより短く選択されるにつれて、より少ないエネルギーが照射によって放出され、従ってより長い積分時間が特定のノイズレベルを得るために必要とされる、ということに再び留意されたい。 If a smaller pulse width 200 is selected, more contrast is obtained with respect to the value of k, but as the pulse width 200 is selected shorter, less energy is released by the irradiation and thus a longer integration time. Note again that it is required to obtain a specific noise level.
MIX信号波形が平均して50%のバランスの取れたデューティサイクルを依然として有するということは重要である。これは主として、背景光がバランスが取れていて、様々な必要とされるTOF測定の間に打ち消される、ということを確実にするためである。例として、図5に示すように、MIX信号が周期の始まり及び終わりにおいてhighであるようにパルスを拡張することが達成される。始まりのパルス長205は、実際には(前のフレームの終わりにおける)パルス長203によって先行され、バランスが取れているために、両方の合計は204に等しい。 It is important that the MIX signal waveform still has an average 50% balanced duty cycle. This is primarily to ensure that the background light is balanced and canceled out during the various required TOF measurements. As an example, as shown in FIG. 5, extending the pulse so that the MIX signal is high at the beginning and end of the period is achieved. The starting pulse length 205 is actually preceded by the pulse length 203 (at the end of the previous frame) and balanced, so both sums equal 204.
図6は、本発明によるTOFカメラ又はレンジ検出システムの別の実施形態を示す。レンジ検出システムは、光を反射する関心領域に好ましくは焦点が合わせられた周期的光51をシーン55上に放出するための、光源49を含む。周期的光51は、2つの検出可能に異なる周波数−第1の周波数又はベース周波数及び第2のより低い周波数−を含む。レンジ検出システムは、反射された光を受信するための少なくとも1つのピクセル31を更に含む。反射された光はまた、第1及び第2の周波数における、例えばパルスなどの信号成分を含む。光源49が変調光を放出するために、信号発生器43が備えられる。信号発生器43は、例えば約10MHzにおける所定の第1の周波数又はベース周波数において好ましくは恒久的に発振している信号又は変調信号を、ノード48上で生成する。この信号発生器43は、類似した第2〜第5のクロック信号も生成し、これらはそれぞれ、ノード48上の第1のクロック信号との0°、180°、90°、及び270°の位相関係を有して、ノード44、45、46、47上に配送される。当業者は、その他の又はより多くのクロック位相を動作方式内で使用することも考慮することが可能であり、より多くのクロック位相は、より良好な測定精度を、より長い測定時間と引き換えにもたらす。信号発生器は、第2の周波数又はより低い周波数における信号も生成する。従って、信号発生器は、第2の周波数又はより低い周波数における、第1〜第5のクロック信号を生成する。これは例えば、第1の周波数又はベース周波数における信号を生成し、しかしベース周波数信号の振幅を、一定の間隔をおいて、例えばベース周波数の何分の1かの周波数において、変更する(例えばこれを増加させる)ことによって達成されることが可能である。例えば、第2の周波数は第1の周波数の2−nであってもよく、ここで、n=1,2,...などである。フィルタリングによって、変調信号から、及び例えば観察中の物体からの反射された信号からも、第1又は第2の周波数における信号のいずれかが抽出されることが可能である。 FIG. 6 shows another embodiment of a TOF camera or range detection system according to the present invention. The range detection system includes a light source 49 for emitting periodic light 51 onto the scene 55, preferably focused on a region of interest that reflects light. The periodic light 51 includes two detectably different frequencies—a first frequency or base frequency and a second lower frequency. The range detection system further includes at least one pixel 31 for receiving the reflected light. The reflected light also includes signal components, such as pulses, at the first and second frequencies. In order for the light source 49 to emit modulated light, a signal generator 43 is provided. The signal generator 43 generates on the node 48 a signal or modulated signal that is preferably permanently oscillating at a predetermined first frequency or base frequency, for example at about 10 MHz. This signal generator 43 also generates similar second to fifth clock signals, which are 0 °, 180 °, 90 °, and 270 ° phase with the first clock signal on node 48, respectively. Delivered on nodes 44, 45, 46, 47 in a relationship. One skilled in the art can also consider using other or more clock phases within the operating scheme, with more clock phases at the expense of better measurement accuracy and longer measurement times. Bring. The signal generator also generates a signal at the second or lower frequency. Accordingly, the signal generator generates first to fifth clock signals at the second frequency or lower frequency. This generates, for example, a signal at the first frequency or base frequency, but changes the amplitude of the base frequency signal at regular intervals, for example at a fraction of the base frequency (eg this Can be achieved). For example, the second frequency may be 2- n of the first frequency, where n = 1, 2,. . . Etc. By filtering, it is possible to extract either the signal at the first or second frequency from the modulated signal and, for example, from the reflected signal from the object under observation.
信号発生器43は、変調信号変更手段による変調信号の変更を決定する制御信号41、例えば、セレクタ58による第2〜第5のクロック信号の間での、すなわちクロック信号の様々な位相の間での選択を決定する制御信号41も生成してもよい。セレクタ58は、これらの4つの位相の間を順次切り換えて、検出器及びミキサステージ200のミキサ29の入力ノード42を、ノード44、45、46、及び47上の第2〜第5のクロック信号と順次接続する。これらの位置のそれぞれにおいて、セレクタ58は、例えば約1msの緩和期間にわたって接続されたままであってもよい。 The signal generator 43 is a control signal 41 that determines the modulation signal change by the modulation signal changing means, for example, between the second to fifth clock signals by the selector 58, that is, between various phases of the clock signal. A control signal 41 that determines the selection of these may also be generated. The selector 58 sequentially switches between these four phases to connect the input node 42 of the mixer 29 of the detector and mixer stage 200 to the second to fifth clock signals on the nodes 44, 45, 46 and 47. Connect sequentially. In each of these positions, the selector 58 may remain connected for a relaxation period of about 1 ms, for example.
バッファ50は、好ましくは関心領域に焦点が合わせられた光51をシーン55上に放出する、光源49を駆動する。この光の一部は反射され、従って反射された光52を生成する。この反射された光52は次に、レンズ56などの光学合焦システム上に到達し、これを通してピクセル31内の検出器28上に結像又は合焦され、ここで、入射の一部は、反射された変調光(ML)27と呼ばれる。 The buffer 50 drives a light source 49 that emits light 51 onto the scene 55, preferably focused on the region of interest. A portion of this light is reflected, thus producing reflected light 52. This reflected light 52 then reaches an optical focusing system, such as a lens 56, through which it is imaged or focused on the detector 28 in the pixel 31, where a portion of the incidence is This is called reflected modulated light (ML) 27.
TOF測定を目的としない二次光源30から生じる間接光53及び直接光54の両方も、シーン内に存在し、光学合焦システム56に当たり、従って検出器28上に合焦される。検出器28に入る、この光の一部は、背景光(BL)26と呼ばれる。BLを生成する光源30は、白熱灯、TL灯、太陽光、昼光、又はシーン上に存在しTOF測定のための光源49から発するものではないその他のいかなる光も含む。 Both indirect light 53 and direct light 54 originating from the secondary light source 30 not intended for TOF measurements are also present in the scene and hit the optical focusing system 56 and are therefore focused on the detector 28. A portion of this light entering the detector 28 is referred to as background light (BL) 26. The light source 30 that generates BL includes incandescent, TL, sunlight, daylight, or any other light that is present on the scene and does not originate from the light source 49 for TOF measurement.
ML27及びBL26は光検出器28上に当たり、当たっているBL26及びML27による光誘起電流応答であるML電流及びBL電流をそれぞれ生成する。検出器28はこれらの電流を、当たっているBL26及びML27による電流応答を入力ノード42上の位相シフトされたクロック信号とミキシングするための、例えばミキサ29などの、後続のミキシング手段に出力する。このBL26は、TOF測定のために受信されるML27によって誘起されるML電流より最大6桁大きいBL電流を誘起する可能性がある。 ML27 and BL26 impinge on the photodetector 28 and generate an ML current and a BL current, respectively, which are photoinduced current responses by the BL26 and ML27 that are in contact therewith. The detector 28 outputs these currents to subsequent mixing means, such as a mixer 29, for mixing the current response due to the hitting BL 26 and ML 27 with the phase shifted clock signal on the input node 42. This BL 26 may induce a BL current up to 6 orders of magnitude greater than the ML current induced by the ML 27 received for TOF measurements.
検出器及びミキサステージ200を形成する検出器28及びミキサ29は、例えば欧州特許出願公開第1513202(A1)号明細書に記載されているような、光生成電荷を混合してミキシングプロダクト電流を一度に生成する1つの単一装置として実装されてもよい。検出器及びミキサステージ200は、当たっているBL26及びML27による電流応答と位相シフトされたクロック信号とのミキシングプロダクトを生成し、これらの信号はノード38上で、例えばキャパシタ25を用いて実装される積分器によって積分され、キャパシタ25は好ましくは、例えば周辺のトランジスタの寄生容量などの、小さな容量に保たれる。積分の間、積分器ノード38上のミキサ出力信号の自動リセットが実行される。これは第1及び第2の周波数の両方について実行される。 The detector 28 and the mixer 29 forming the detector and mixer stage 200 are mixed with photogenerated charges as described in, for example, European Patent Application Publication No. 1513202 (A1). May be implemented as one single device that generates The detector and mixer stage 200 generates a mixing product of the current response from the impinging BL 26 and ML 27 and the phase-shifted clock signal, which are implemented on node 38 using, for example, capacitor 25. Integrated by the integrator, the capacitor 25 is preferably kept at a small capacitance, for example the parasitic capacitance of the surrounding transistors. During integration, an automatic reset of the mixer output signal on integrator node 38 is performed. This is performed for both the first and second frequencies.
これは例えば、比較器33が、例えばリセットトランジスタ32などの、リセットスイッチをトリガすることによって実施されてもよく、これによりノード38上のミキサ出力信号は、これが基準値Vrefに到達したら自動的にリセットされ、従って飽和が回避される。 This may be done, for example, by the comparator 33 triggering a reset switch, such as a reset transistor 32, so that the mixer output signal on node 38 is automatically generated when it reaches the reference value Vref. Reset, thus avoiding saturation.
図面に示されていない代替の実施形態では、積分器ノード38上のミキサ出力信号の自動リセットは、その他のいくつかの手法で実施されてもよい。それらのうちの1つは、リセットスイッチ32の代わりに電荷ポンプをトリガして一定量の電荷をキャパシタ25に追加するというものであり、これにより、複雑さのいくらかの増加を犠牲にして、より良好なノイズ性能がもたらされる。 In alternative embodiments not shown in the drawings, the automatic reset of the mixer output signal on integrator node 38 may be implemented in several other ways. One of them is to trigger a charge pump in place of the reset switch 32 to add a certain amount of charge to the capacitor 25, which at the expense of some increase in complexity. Good noise performance is provided.
ミキサ出力信号を形成するミキシングプロダクトは、積分器ノード38において、変調信号変更手段(示されている例ではセレクタ58)と同期された順次的形式で得られる。例えばバッファなどの、出力ドライバ24は、実質的に1の電圧利得と、電流増幅とを提供し、これにより、より強力な出力信号を出力ノード23において提供する。 The mixing product forming the mixer output signal is obtained at the integrator node 38 in sequential form synchronized with the modulation signal modification means (selector 58 in the example shown). The output driver 24, eg, a buffer, provides a substantially unity voltage gain and current amplification, thereby providing a stronger output signal at the output node 23.
フィルタリングによって、観察中の物体からの反射された信号から、第1又は第2の周波数における信号のいずれかが抽出されることが可能である。 By filtering, either the signal at the first or second frequency can be extracted from the reflected signal from the object under observation.
本発明について、図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明したが、そのような図示及び説明は、限定的なものではなく、例証又は例示のためのものであるとみなされるべきであり、本発明は開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態のその他の変形が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することによって、特許請求される本発明の実施において当業者によって理解され、もたらされ得る。特定の手段が相互に異なる従属請求項内に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを示さない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。 While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description are to be considered illustrative or exemplary and not restrictive; The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations of the disclosed embodiments can be understood and effected by those skilled in the art in practicing the claimed invention, upon review of the drawings, the disclosure, and the appended claims. The mere fact that certain measures are recited in mutually different dependent claims does not indicate that a combination of these measured cannot be used to advantage. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.
付記1
イメージングセンサを有し、照射ユニットと共に使用するためのタイムオブフライトシステム内の相関測定において、特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する方法であって、前記照射ユニットは、変調光を用いてシーンを照射するように適合され、前記システムは、前記シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
前記方法は、
a)前記シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出し、
b)1つ以上の第1の相関測定値によって、第1の相関信号と、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光との間の第1の相関を判定し、前記第1の相関信号は第1の周波数の周期的波形を有し、前記第1の相関測定値は前記イメージングセンサから前記少なくとも1つの物体までの距離に関するパラメータの値を提供し、
c)1つ以上の第2の相関測定値によって、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光と、第2の相関信号との間の第2の相関を判定し、前記第2の相関信号は前記第1の周波数より低い第2の周波数の周期的波形を有し、
d)前記パラメータの値について、前記第2の相関測定値からエイリアシングの存在を判定すること
を含む、方法。
付記2
第1の位相測定値が、前記第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける前記第1の相関測定値から判定され、必要に応じて、第2の位相測定値が、前記第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける前記第2の相関測定値から判定される、付記1に記載の方法。
付記3
前記第1の相関測定値における、検出される反射された信号の信号積分時間は、前記第2の相関測定値の信号積分時間より長い、付記1又は2に記載の方法。
付記4
前記第2の相関信号は、これが相関される検出される反射された変調光のデューティサイクルとは異なるデューティサイクルを有し、前記第2の相関信号のデューティサイクルは必要に応じて50%である、付記1〜3のいずれか一項に記載の方法。
付記5
前記第2の周波数についての様々な位相オフセットを使用して前記第2の相関測定値を判定するステップと、
1つ以上の第2の相関測定値から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定し、前記同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定するステップと
を更に含む、付記1〜3のいずれか一項に記載の方法。
付記6
エイリアシングの存在は、距離関連因子を測定することから判定されるコンフィデンスレベルを使用することによって判定され、前記距離関連因子は、必要に応じて、反射された光の量、スペックルパターンのサイズ、インポーズされるパターンのサイズである、付記1〜5のいずれか一項に記載の方法。
付記7
前記第1の相関測定値及び/又は第2の相関測定値はエイリアシングインジケータとして結合され、エイリアシングの存在は、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分の符号であるインジケータから判定される、付記1〜6のいずれか一項に記載の方法。
付記8
同相及び/又は直角位相成分を判定するステップは、前記第1の周波数及び/又は前記第2の周波数におけるI値及びQ値、及び/又は、I及びQの絶対値の差を判定することを含む、付記5〜7のいずれか一項に記載の方法。
付記9
タイムオブフライト又はレンジ検出センサユニットであって、
特定の制限内でエイリアシングの存在を判定する又はエイリアシングを回避する手段を有し、センサは、照射ユニットと共に使用するためのものであり、前記照射ユニットは、変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、前記シーンから反射された変調光に相関信号を適用することによって相関測定値を取得するように適合され、
前記センサユニットは、
a)前記シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出する、第1の手段と、
b)第1の相関測定値によって、第1の信号と、イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光との間の第1の相関を判定する、第2の手段と、
ここで、前記第1の相関測定値は前記イメージングセンサから前記シーンまでの距離に関するパラメータの値を提供し、
d)第2の相関測定値によって、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光と、第2の信号との間の第2の相関を判定する、第3の手段と、
ここで、前記第2の信号は第1の周波数より低い第2の周波数の周期的波形を有し、
e)その値について、前記第2の相関測定値からエイリアシングの存在を判定する、第4の手段と
を備える、センサユニット。
付記10
前記第2の手段は、前記第1の周波数についての様々な位相オフセットにおける前記第1の相関測定値から第1の位相測定値を判定するように適合され、又は、判定する前記第3の手段は、前記第2の周波数についての様々な位相オフセットにおける前記第2の相関から位相測定を行うように適合され、又は、前記第2及び第3の手段は、前記第1の相関測定値の信号積分時間が前記第2の相関測定値の積分時間より長いように適合される、付記9に記載のセンサユニット。
付記11
第2の相関信号は、これが相関される検出される反射された変調光のデューティサイクルとは異なるデューティサイクルを有し、必要に応じて、前記第2の信号のデューティサイクルは50%である、付記9又は10に記載のセンサユニット。
付記12
前記第2の相関を判定する前記第3の手段は、前記第2の周波数についての様々な位相オフセットにおいて第2の相関測定を実行するように適合され、
前記センサユニットは、前記第2の相関測定値から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定するように適合され、前記第4の手段は、前記同相及び/又は直角位相成分を使用してエイリアシングの存在を判定し、ここで、エイリアシングの存在は、必要に応じて、距離関連因子から判定されるコンフィデンスレベルを使用することによって判定され、前記距離関連因子は、必要に応じて、前記第1の周波数及び/又は第2の周波数において変調された反射された光の量、スペックルパターンのサイズ、インポーズされるパターンのサイズであり、
同相及び/又は直角位相成分を判定する手段は、必要に応じて、前記検出される反射された光の前記同相及び/又は直角位相成分の符号からエイリアシングの存在を判定するように適合される、
付記9〜11のいずれか一項に記載のセンサユニット。
付記13
同相及び/又は直角位相成分を判定する前記第4の手段は、前記第2の周波数におけるI値及びQ値を判定するように適合され、又は、同相及び/又は直角位相成分を判定する前記第4の手段は、前記I値及び/又はQ値の符号を判定することによってエイリアシングの存在を判定するように適合される、付記9〜12のいずれか一項に記載のセンサユニット。
付記14
前記第1の信号及び/又は第2の信号は、位相オフセットについて較正される、付記9〜13のいずれか一項に記載のセンサユニット。
付記15
付記9〜14のいずれか一項に記載のセンサユニットを有するTOFカメラ。
Appendix 1
A method of determining or avoiding aliasing within specified limits in correlation measurements in a time-of-flight system for use with an illumination unit having an imaging sensor, wherein the illumination unit is modulated Adapted to illuminate a scene with light, wherein the system is adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene;
The method
a) detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) determining a first correlation between a first correlation signal and the reflected light received at the imaging sensor according to one or more first correlation measurements; The signal has a periodic waveform of a first frequency, and the first correlation measurement provides a value of a parameter related to a distance from the imaging sensor to the at least one object;
c) determining, by one or more second correlation measurements, a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and a second correlation signal, the second correlation; The signal has a periodic waveform of a second frequency lower than the first frequency;
d) determining the presence of aliasing from the second correlation measurement for the value of the parameter.
Appendix 2
A first phase measurement is determined from the first correlation measurement at various phase offsets for the first frequency, and if necessary, a second phase measurement is obtained for the second frequency. The method of claim 1, wherein the method is determined from the second correlation measurement at various phase offsets.
Appendix 3
The method of claim 1 or 2, wherein the signal integration time of the detected reflected signal in the first correlation measurement is longer than the signal integration time of the second correlation measurement.
Appendix 4
The second correlation signal has a duty cycle different from the duty cycle of the detected reflected modulated light to which it is correlated, and the duty cycle of the second correlation signal is 50% as required The method according to any one of appendices 1 to 3.
Appendix 5
Determining the second correlation measurement using various phase offsets for the second frequency;
Determining an in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light from one or more second correlation measurements and using the in-phase and / or quadrature component to determine the presence of aliasing. The method according to any one of appendices 1 to 3, further comprising:
Appendix 6
The presence of aliasing is determined by using a confidence level determined from measuring distance-related factors, where the distance-related factors include, as necessary, the amount of reflected light, the size of the speckle pattern, The method according to any one of appendices 1 to 5, which is a size of a pattern to be imposed.
Appendix 7
The first correlation measurement and / or the second correlation measurement are combined as an aliasing indicator, and the presence of aliasing is determined from an indicator that is a sign of the in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light. The method according to any one of appendices 1 to 6, wherein:
Appendix 8
The step of determining an in-phase and / or quadrature component includes determining an I value and a Q value and / or a difference between absolute values of I and Q at the first frequency and / or the second frequency. The method according to any one of appendices 5 to 7, comprising:
Appendix 9
A time of flight or range detection sensor unit,
Means for determining the presence of aliasing within certain limits or avoiding aliasing, the sensor being for use with an illumination unit, said illumination unit illuminating the scene with modulated light And the system is adapted to obtain a correlation measurement by applying a correlation signal to the modulated light reflected from the scene,
The sensor unit is
a) first means for detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) second means for determining, by a first correlation measurement, a first correlation between a first signal and the reflected light received at the imaging sensor;
Wherein the first correlation measurement provides a parameter value relating to a distance from the imaging sensor to the scene;
d) a third means for determining, by a second correlation measurement, a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and a second signal;
Here, the second signal has a periodic waveform having a second frequency lower than the first frequency,
e) a sensor unit comprising: fourth means for determining the presence of aliasing from the second correlation measurement value for the value.
Appendix 10
The second means is adapted or determined to determine a first phase measurement from the first correlation measurement at various phase offsets for the first frequency. Is adapted to make a phase measurement from the second correlation at various phase offsets for the second frequency, or the second and third means are signals of the first correlation measurement The sensor unit of claim 9, wherein the sensor unit is adapted such that an integration time is longer than an integration time of the second correlation measurement value.
Appendix 11
The second correlated signal has a duty cycle that is different from the duty cycle of the detected reflected modulated light to which it is correlated, and optionally the duty cycle of the second signal is 50%; The sensor unit according to appendix 9 or 10.
Appendix 12
The third means for determining the second correlation is adapted to perform a second correlation measurement at various phase offsets for the second frequency;
The sensor unit is adapted to determine an in-phase and / or quadrature component of the detected reflected light from the second correlation measurement, and the fourth means is the in-phase and / or quadrature A phase component is used to determine the presence of aliasing, where the presence of aliasing is determined, if necessary, by using a confidence level determined from a distance related factor, the distance related factor being required Depending on the amount of reflected light modulated at the first frequency and / or the second frequency, the size of the speckle pattern, the size of the pattern to be imposed,
The means for determining in-phase and / or quadrature components is adapted to determine the presence of aliasing from the sign of the in-phase and / or quadrature components of the detected reflected light, if necessary.
The sensor unit according to any one of appendices 9 to 11.
Appendix 13
The fourth means for determining an in-phase and / or quadrature component is adapted to determine an I value and a Q value at the second frequency, or the second means for determining an in-phase and / or quadrature component. The sensor unit according to any one of appendices 9 to 12, wherein the means of 4 is adapted to determine the presence of aliasing by determining the sign of the I value and / or Q value.
Appendix 14
The sensor unit according to any one of appendices 9 to 13, wherein the first signal and / or the second signal are calibrated for a phase offset.
Appendix 15
A TOF camera having the sensor unit according to any one of appendices 9 to 14.
Claims (13)
前記方法は、
a)前記シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出し、
b)1つ以上の第1の相関測定値によって、第1の相関信号と、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光との間の第1の相関を判定し、前記第1の相関信号は前記第1の周波数の周期的波形を有する前記変調光と等しく、前記第1の相関測定値は前記イメージングセンサから前記少なくとも1つの物体までの距離に関するパラメータの値を提供し、
c)1つ以上の第2の相関測定値によって、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光と、第2の相関信号との間の第2の相関を判定し、前記第2の相関信号は前記第1の周波数より低い前記第2の周波数の周期的波形を有する前記変調光と等しく、
d)前記第2の周波数についての複数の異なる位相オフセットにおける複数の前記第2の相関測定値から、検出される前記反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定することと、
e)前記光の同相及び/又は直角位相成分の符号を使用して、エイリアシングの存在に関連するパラメータがとり得る値を判定することと、
を含む、方法。 It has an imaging sensor, in the correlation measurement of time-of the flight system for use with irradiation unit, a how you determine the presence of d-aliasing, the irradiation unit has a first frequency and a second Adapted to illuminate the scene with modulated light modulated at a frequency, the system adapted to obtain a correlation measurement between a correlation signal and the modulated light reflected from the scene;
The method
a) detecting reflected light from at least one object in the scene;
b) determining a first correlation between a first correlation signal and the reflected light received at the imaging sensor according to one or more first correlation measurements; signal equal to the modulated light to have a periodic waveform of said first frequency, said first correlation measurements provides the value of a parameter related to the distance from the imaging sensor to said at least one object,
c) determining, by one or more second correlation measurements, a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and a second correlation signal, the second correlation; signal equal to the modulated light to have a periodic waveform of lower second frequency from the first frequency,
d) determining an in-phase and / or quadrature component of the reflected light to be detected from a plurality of the second correlation measurements at a plurality of different phase offsets for the second frequency;
e) using the signs of the in-phase and / or quadrature components of the light to determine possible values for parameters associated with the presence of aliasing;
Including a method.
エイリアシングの存在を判定する手段を有し、センサは、照射ユニットと共に使用するためのものであり、前記照射ユニットは、第1の周波数及び第2の周波数で変調された変調光を用いてシーンを照射するように適合され、システムは、相関信号と前記シーンから反射された変調光との間の相関測定値を取得するように適合され、 Means for determining the presence of aliasing, wherein the sensor is for use with the illumination unit, the illumination unit using the modulated light modulated at the first frequency and the second frequency to Adapted to illuminate and the system is adapted to obtain a correlation measurement between the correlation signal and the modulated light reflected from the scene;
前記センサユニットは、The sensor unit is
a)前記シーン内の少なくとも1つの物体からの反射された光を検出する、第1の手段と、a) first means for detecting reflected light from at least one object in the scene;
b)第1の相関測定値によって、第1の相関信号と、イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光との間の第1の相関を判定する、第2の手段と、b) a second means for determining, by a first correlation measurement, a first correlation between a first correlation signal and the reflected light received at the imaging sensor;
ここで、前記第1の相関信号は、前記第1の周波数の周期的波形を有する前記変調光と等しく、前記第1の相関測定値は前記イメージングセンサから前記シーンまでの距離に関するパラメータの値を提供し、 Here, the first correlation signal is equal to the modulated light having a periodic waveform of the first frequency, and the first correlation measurement value is a parameter value related to a distance from the imaging sensor to the scene. Offer to,
c)第2の相関測定値によって、前記イメージングセンサにおいて受信される前記反射された光と、第2の相関信号との間の第2の相関を判定する、第3の手段と、c) third means for determining, by a second correlation measurement, a second correlation between the reflected light received at the imaging sensor and a second correlation signal;
ここで、前記第2の相関信号は前記第1の周波数より低い前記第2の周波数の周期的波形を有する前記変調光と等しく、前記第3の手段は、前記第2の周波数についての様々な位相オフセットにおいて第2の相関測定を実行するように適合され、 Here, the second correlation signal is equal to the modulated light having a periodic waveform of the second frequency lower than the first frequency, and the third means includes various components for the second frequency. Adapted to perform a second correlation measurement at the phase offset;
d)前記第2の周波数についての複数の異なる位相オフセットにおける複数の前記第2の相関測定値から、検出される反射された光の同相及び/又は直角位相成分を判定し、エイリアシングされた周期の数に関連するパラメータがとり得る値を、前記光の同相及び/又は直角位相成分の符号を使用して判定することにより、前記エイリアシングの存在を判定する、第4の手段とd) determining the in-phase and / or quadrature components of the reflected light detected from a plurality of the second correlation measurements at a plurality of different phase offsets for the second frequency, and for the aliased period A fourth means for determining the presence of said aliasing by determining possible values of a number related parameter using the sign of the in-phase and / or quadrature component of the light;
を備え、With
エイリアシングの存在は更に、前記少なくとも1つの物体までの距離関連因子から決定される距離測定の信頼度を使用することによって判定され、前記距離関連因子は、前記第1の周波数及び/又は前記第2の周波数において変調された反射された光の量、スペックルパターンのサイズ、インポーズされるパターンのサイズである、 The presence of aliasing is further determined by using a distance measurement reliability determined from a distance-related factor to the at least one object, the distance-related factor being the first frequency and / or the second. The amount of reflected light modulated at the frequency of, the size of the speckle pattern, the size of the pattern to be imposed,
センサユニット。Sensor unit.
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