、和幅度信息。分别地，El的采样过程的时间变化(time zoom)被示出在图1c中，曝光E2的时间变化被示出在图1d中。采样持续时间被假定为周期的一半并且在数千周期至高达数百万周期内被积分。在这样的第一次曝光El期间，0°和180°处的样本分别由开关SWl和SW2被引导至存储节点Cl和C2，如图1c中所示。第二次曝光E2中的时间变化被示出在图1d中。第二次曝光E2与第一次曝光El相比具有延迟90°的样本。样本90°和270°再次在存储节点Cl和C2中被积分。曝光EI和曝光E2的积分时间是相同的。在时间点D处，当所有四个样本已经被测量并且可用时，相位、幅度、和偏移信息能够被计算，而相位信息直接对应于所测量的对象的距离信息。
[0052]然而，由于失配，大多数实现方式实际获得四个而非仅两个图像，如专利US7462808B2所提出的那样并且在图2中被示出。第一次曝光El和第二次曝光E2以及它们的读出ROl和R02如图1b中所述被执行，但是那些曝光跟随着另外两次曝光E3和E4以及读出R03和R04。曝光E3获得来自曝光El的样本但被延迟180°，并且曝光E4对应于曝光E2的180°相位延迟。在时间点D处，所有四个样本可用于计算接收的信号的相位(或者分别地深度)、偏移、和幅度信息。如专利US 7462808B2中所述，这种方法使得能够补偿例如像素电路和响应失配或者驱动非对称性。
[0053]根据本发明的基于成像系统100的第一一般实施例被示出在图3a中，它的粗略时序在图3b上并且更详细的时序在图3c中。成像系统包括由图1a中所示的飞行时间像素组成的飞行时间图像传感器110、照明源120、光学系统130和控制器140。发射的光120a被对象10反射。经背向反射的光120b被光学系统130成像在飞行时间图像传感器110上。飞行时间图像传感器110和照明源120由控制器140进行时间调制和同步，从而使得飞行时间图像传感器110上的飞行时间像素的一个存储节点在照明源120被打开的同时对所有光生电子进行积分，并且第二存储节点收集照明源120被关闭时的所有光生电子。此开/闭周期可被重复多次。本发明提出将这样低的调制频率应用到高速飞行时间图像传感器和像素，以使得所发射的光和经背向反射的光的飞行时间的实际影响是可忽略的并且所有发射的光优选地被捕获到飞行时间图像传感器上每个像素的单个存储节点中。另外，如图3b中所示，提出了仅捕获减少数量的样本和采集，这不能够推导出实际的飞行时间测量结果。第一曝光E跟随着读出RO。在曝光E期间，光生电荷与照明源120相同步地被转移至存储节点Cl或存储节点C2。在给定实施例中，提出了一个单次捕获而非至少两次或四次捕获，该至少两次或四次捕获是收集所有必要(至少三个)样本来推导TOF信息所需要的。在时间点D处，样本的数量不允许推算出所捕获的信号的飞行时间信息。在作为本发明的变化的单个曝光样本方面，两个样本的差分成像被执行。如图3a中所示意的那样，调制能够以伪随机的方式完成。通过这么做，不同成像系统100之间的扰人干扰能够被最小化。接下来的伪随机编码，诸如跳相或跳频、啁啾、或者其他划分多址方法之类的其他已知技术能够被实现以最小化系统的干扰。
[0054]图3c更详细地示出了图3b中所示的单次曝光的时序图，包括在积分期间对两个存储节点Cl和C2进行彼此减除的电路。F表示总帧，E是实际曝光，RO是读出时间并且RS是重置时间。实施例的当前时序上的调制频率比做出合理的飞行时间成像所需的频率低得多。光LI由照明源120发射并且与飞行时间图像传感器110同步，以使得在“光开启”时间期间所有光生电荷被转移到第一存储节点Cl，同时所有在“光关闭”时间期间的光生电荷被转移到第二存储节点C2。时间t内的经背向反射的光信号和接收的光信号被绘出为L2并且具有一些背景光成分LBG13Sl示出了在“光开启时间”期间在第一存储节点Cl上的积分，S2示出了在“光关闭”时间期间在第二存储节点C2上的积分。Sdiff示出了当实际的像素中背景去除被实现时的信号差分。像素中电路C构建该差分，并且通过这么做而去除了背景光信号。在所示出的示例中，飞行时间图像传感器110上的飞行时间像素针对Sdiff在积分期间执行两个节点的直接减除。在其他实现方式中，飞行时间像素在积分时间的结束处执行减除。这两种实现方式都增加了主动成像系统的动态范围。“光开启”和“光关闭”时间在曝光E期间被重新多次。在数百Hz至低于IMHz范围内的调制频率使得能够降低光脉冲的到达时间的影响。到飞行时间像素的第一存储节点Cl和第二存储节点C2的总积分时间在曝光期间优选地相等，从而将相同量的背景光集成到飞行时间图像传感器110的像素上的两个存储节点并且减除这些样本上的相同背景或共模电平。如果这两个曝光时间保持相同，到它的存储节点的光脉冲甚至可能短于样本持续时间。这进一步确保了对于脉冲的到达时间没有任何影响。无论如何，为了具有最佳的可能背景光去除，到两个存储节点的总曝光时间应当是相同的。在曝光E之后，像素值被读出RO并且被转移至控制器140。在开始下一次采集之前，像素通常被重置RS。为了降低两个存储节点上的光响应的失配，第二曝光与第一曝光E相比具有反向开关，并且取决于图像传感器像素的光响应，减除两个图像可以是有益的。然而，所采集的样本的数量仍然不足以推导出飞行时间信息。
[0055]图4示出了根据本发明的成像系统100。成像系统100包括由图1a中所示的飞行时间像素组成的飞行时间图像传感器110，光学系统130，架构化照明源121，和控制器140。控制器140还同步和时间调制飞行时间图像传感器110和结构化照明源121。结构化照明源121发射经时间调制的光12 Ia，该光被对象1反射。通过场景1的经背向反射的光121 b被光学系统130投射在飞行时间图像传感器110上，在该传感器上飞行时间像素将到来的信号解调至两个存储节点。成像系统100的时序可类似于图3中所述的系统。可采用由PCT公开W O 2 O O 7 /10 5 2 O 5 A 2呈现的结构化照明源和三维映射技术。针对结构化照明源，可使用如TO2007/105205A2中所述的、基于由干扰产生的斑点的投射技术，然而其他图样投射技术可被应用于结构化照明源121，例如基于折射的光学或图样生成掩膜(mask)。优选地，随机点图样被投射。EP2519001A2教导了基于具有特定设计的传感器像素的传感器的结构光系统，该特定设计的传感器像素具有到第一和第二存储节点的转移门并且使用标准缓慢的光电二极管。与之相反，本发明提出不应用特定的像素设计，而是使用现有的高速飞行时间图像传感器110和像素，由控制器140应用这样低的调制频率到结构化照明源121和飞行时间图像传感器110上以使得实际的飞行行进时间(飞行时间)是可忽略的，并且在飞行时间图像传感器110上执行经背向反射的光121b的采样和存储。另外，飞行时间图像传感器110被提出在以下模式中操作:所述至少三个需要的样本未被捕获，而是评估来自飞行时间图像传感器110的降低数量的样本。飞行时间成像系统所需的典型90°相移被抛弃并且仅对源自飞行时间图像传感器110上所有像素上的两个存储节点的差分图像进行评估。所有的前述高速飞行时间图像传感器能够以实际飞行时间图像传感器不可用的低频率将反射光时间解调至至少两个存储节点。另外，所有的前述高速飞行时间图像传感器允许对与飞行时间图像感测所需的样本数量相比减少数量的样本的采集。因此，所有这些提及的像素设计只能够被集成为根据本发明的飞行时间图像传感器。利用适当的像素中电路，飞行时间图像传感器110可从样本中取出共同信号电平，或者简单地对两个存储节点样本进行彼此去除。一方面，这增加了成像系统的动态范围，另一方面简化了用于深度映射的相关算法，因为动态背景光信号在图像中被去除。另外，通过应用适当的时间调制方案(例如，码分多址或频分多址)，三维成像系统的不同结构光的烦人干扰可被避免。
[0056]理想地，飞行时间图像传感器110上的飞行时间像素将“光开启”时间期间的电荷转移至第一存储节点，并将“光关闭”时间期间的电荷转移至第二节点，并执行减除。飞行时间像素的