飞行时间传感器中的波形重构的制作方法
【专利说明】飞行时间传感器中的波形重构
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2014年5月19日提交的标题为"飞行时间传感器中的波形重构"、 序列号为62/000, 486的美国临时申请的优先权，上述申请的全部内容通过引用合并到本 文中。
【背景技术】
[0003] 本文中公开的主题总体上涉及飞行时间（TOF)传感器，更特别地涉及能够使用低 采样率准确地重构反射光脉冲的波形的TOF传感器，以用于对象距离测量和另外的波形分 析。
【发明内容】
[0004] 为了提供对本文描述的一些方面的基本了解，以下内容给出了简化的概要。本概 要并非广泛的概览，也并非意图标识关键/重要元素或描绘本文所描述的各方面的范围。 其仅仅是为了以简化的形式给出一些概念作为稍后给出的更详细描述的前序。
[0005] 在一个或更多个实施方式中提供了一种飞行时间（TOF)传感器装置，包括照明部 件，该照明部件被配置成朝向视场发射光脉冲；光接收器，该光接收器被配置成生成与入射 到光接收器的表面上的光的强度成比例的电输出；像素阵列部件，该像素阵列部件被配置 成聚集用于重构该视场（所照明的地点）的光接收器；波形重构部件，该波形重构部件被配 置成生成与光接收器接收的反射光脉冲对应的波形的采样值，其中，波形重构部件基于在 第一累积周期期间获得的第一累积值与在第二累积周期期间获得的第二累积值之间的差 来生成所述采样值中的一个采样值，其中，第一累积值包括在第一累积周期期间的N个第 一积分时段上分别积分的所述电输出的N个积分值的第一和，其中N是整数，第二累积值包 括在第二累积周期期间的N个第二积分时段上分别积分的所述电输出的N个积分值的第二 和，并且第二累积周期内的第二积分时段的开始时间相对于第一累积周期内的第一积分时 段的开始时间被延迟一个延迟时段（采样率）。
[0006] 而且，一个或更多个实施方式提供了一种用于对TOF光脉冲的波形进行重构的方 法，包括：分别对于第一累积周期中的N个第一积分周期：由包括至少一个处理器的TOF传 感器启动第一积分周期的第一积分时段；由TOF传感器装置在第一积分周期期间发射第一 光脉冲；在第一积分时段的持续时间上对由光接收器生成的瞬时电输出进行积分，以产生 第一积分值；以及将第一积分值与对于所述N个第一积分周期中的其余（N-I)个第一积分 周期获得的其他积分值相加，以产生第一累积值；以及分别对于第二累积周期中的N个第 二积分周期：启动第二积分周期的第二积分时段，其中，所述启动包括将第二积分周期内的 第二积分时段的开始时间相对于第一积分周期内的第一积分时段的开始时间延迟一个延 迟时段（采样率）；由所述TOF传感器装置在第二积分周期期间发射光脉冲；在第二积分 时段的持续时间上对由光接收器生成的瞬时电输出进行积分，以产生第二积分值；以及将 第二积分值与对于所述N个第二积分周期中的其余（N-I)个第二积分周期获得的积分值相 加，以产生第二累积值；以及确定第一累积值与第二累积值之间的差，以产生采样值来重构 与在光接收器处接收的反射光脉冲对应的波形。
[0007] 而且，根据一个或更多个实施方式，提供了一种存储有指令的非暂态计算机可读 介质，响应于执行，所述指令使TOF传感器装置进行操作，所述操作包括：发射周期性光脉 冲；对于多个累积周期中的一个累积周期：启动所述累积周期的积分时段，其中所述累积 周期内的所述积分时段的开始时间相对于所述多个累积周期中的先前累积周期的积分时 段的开始时间被延迟一个延迟时段（采样率）；对于N个迭代，在所述积分时段上将由光接 收器生成的瞬时电输出进行积分，以产生N个积分值；将所述N个积分值求和以产生累积 值；对于多个累积周期重复所述启动、所述发射、所述积分以及所述求和，以分别产生多个 累积值；以及确定所述累积值中的连续累积值之间的差值，以产生对于与从视场反射的光 脉冲对应的波形的一组采样值。
[0008] 为了实现上述目的和相关目的，在本文中结合以下描述和附图描述一些示例性方 面。这些方面表示可以实践的各种方式，所有这些方式都意图包含在本文中。当结合附图 考虑时，其他优点和创新特征将根据以下的详细描述而变得明显。
【附图说明】
[0009] 图IA和IB为示出飞行时间（TOF)相机的总体操作的示意图。
[0010] 图2为示例性TOF传感器装置的框图。
[0011] 图3为示出TOF传感器装置的部件的框图。
[0012] 图4为描绘了由TOF传感器发送的传输光脉冲和后续在TOF传感器的光接收器处 接收的对应反射光脉冲的表示的图。
[0013] 图5为示出了以高采样率采样的反射光脉冲的表示的图。
[0014] 图6为描绘了反射脉冲的波形的图，其中在该波形的曲线以下的区域表示在积分 时段内的累积值。
[0015] 图7为示出发射脉冲、反射脉冲和第一累积的积分时段的相对时序的时序图。
[0016] 图8为不出发射脉冲、反射脉冲和第二累积的积分时段的相对时序的时序图。
[0017] 图9为示出多个连续累积周期的积分时段相对于传输光脉冲和反射光脉冲的时 序图。
[0018] 图10为示出得出反射光脉冲波形的采样点的图。
[0019] 图IlA为用于重构与入射在TOF传感器装置的光接收器上的反射光脉冲相对应的 波形的示例性方法的流程图的第一部分。
[0020] 图IlB为用于重构与入射在TOF传感器装置的光接收器上的反射光脉冲相对应的 波形的示例性方法的流程图的第二部分。
[0021] 图12为示例性计算环境。
[0022] 图13为示例性联网环境。
【具体实施方式】
[0023] 现在参照附图来描述本公开内容，其中，贯穿本说明书，相似的附图标记用于指代 相似元件。在以下描述中，出于说明的目的，阐述了大量具体细节以便于提供对本公开内容 的透彻理解。然而，明显的是，可以不利用这些具体细节来实践本公开内容。在其他实例中， 以框图形式示出公知的结构和设备以利于描述本公开内容。
[0024] 如在本申请中所使用的，术语"部件""系统""平台""层""控制器""端子""站""节 点""接口"意在指代与计算机相关的实体或者与具有一个或更多个具体功能的操作装置 相关或作为所述操作装置的一部分的实体，其中，这样的实体可以是硬件、硬件和软件的组 合、软件或执行中的软件。例如，部件可以是但不限于是处理器上运行的处理、处理器、硬盘 驱动器、包括固定的（例如，螺丝固定或螺栓固定的）或可移除地固定的固态存储驱动器的 多个存储驱动器（光存储介质或磁存储介质的）；对象；可执行文件；执行线程；计算机可 执行程序和/或计算机。作为示例，运行在服务器上的应用和服务器都可以是部件。一个 或更多个部件可以驻留在处理和/或执行线程之内，并且部件可以局限在一个计算机上和 /或分布在两个或更多个计算机之间。同样，在本文中所描述的部件可以根据具有存储于其 上的各种数据结构的各种计算机可读存储介质来执行。部件可以经由本地处理和/或远程 处理进行通信，例如根据具有一个或更多个数据包的信号进行通信（例如，来自一个部件 的数据，该部件经由信号与本地系统、分布式系统中的另一部件进行交互，和/或通过网络 例如因特网与其他系统进行交互）。作为另一示例，部件可以是具有具体功能的装置，通过 由处理器执行的软件应用或固件应用所操作的电气电路或电子电路所操作的机械部分来 提供该具体功能，其中，处理器可以在装置的内部或外部，并且执行软件应用或固件应用中 的至少一部分。作为又一示例，部件可以是通过不具有机械部分的电子部件来提供具体功 能的装置，电子部件可以在其中包括处理器以执行提供电子部件的功能中的至少一部分的 软件或固件。作为再一示例，一个或更多个接口可以包括输入/输出（I/O)部件以及相关 联的处理器、应用或应用编程接口（API)部件。虽然前述示例针对部件的方面，但是示例性 的方面或特征还应用于系统、平台、接口、层、控制器、端子等。
[0025] 如本文所使用的，术语"推断"和"推论"通常指代根据经由事件和/或数据所捕 获的观察事实集合来推理或推断系统、环境和/或用户的状态的处理。可以采用推论来识 别具体背景环境或动作，或者可以生成例如状态的概率分布。推论可以是概率性的，也就是 说，感兴趣的状态的概率分布的计算基于对数据和事件的考虑。推论还可以指代被采用以 用于根据事件或数据集合来构建较高级的事件的技术。这样的推论致使根据所观察的事件 和/或所存储的事件数据集合、事件在接近的时间上是否相关以及事件和数据是否来自一 个或若干个事件和数据源，来构造新的事件或动作。
[0026] 此外，术语"或"意指包括性的"或"，而不是排他性的"或"。也就是说，除非另有指 定，或根据上下文而清楚，短语"X采用A或B"意指自然包括性的排列中的任一个。也就是 说，以下实例中的任一个实例满足短语"X采用A或B":X采用A ;X采用B ;或者X采用A和 B二者。此外，在本申请以及所附权利要求中所使用的冠词"一（a)"和"一个（an)"通常应 当解释为意指"一个或更多个"，除非另有指定或根据上下文而清楚其指示单数形式。
[0027] 此外，本文中所采用的术语"集合"将空集排除在外，例如其中不具有元素的集合。 因此，本公开内容中的"集合"包括一个或更多个元素或实体。作为示出，控制器集合包括 一个或更多个控制器；数据资源集合包括一个或更多个数据资源等。同样，本文中所使用的 术语"组"指代一个或更多个实体的集合，例如一组节点指代一个或更多个节点。
[0028] 将根据包括多个设备、部件、模块等的系统来呈现各种方面或特征。要理解和意识 到的是，各种系统可以包括另外的设备、部件、模块等，和/或可以不包括关于附图所讨论 的所有设备、部件、模块等。还可以使用这些方法手段的组合。
[0029] 飞行时间（TOF)相机使用光学技术来生成在相机的视场内的对象和表面的距离 信息。图IA和IB示出了示例性TOF相机104,该示例性TOF相机104测量对象108的距离 信息。TOF相机104通过发射光脉冲的光束106来照亮视场或场景，如图IA所示。该场景 内的对象和表面（包括对象108)将光脉冲反射回TOF相机104的接收元件，如图IB所示。 TOF相机104然后通过针对场景的每个像素测量光脉冲的发射与反射光脉冲的接收之间的 时间差来对反射光脉冲进行分析。由于光速在给定介质中是恒定的，所以针对给定像素的 在光脉冲的发射与对应反射脉冲的到达之间的时间延迟是与该像素相对应