[发明专利]用于增强飞行时间分辨率的系统和方法

说明书

本发明涉及用于增强飞行时间分辨率的系统和方法，公开了用于投射和检测光的系统和方法，还公开了使用飞行时间(ToF)检测器确定表面深度信息的系统和方法，ToF检测器被配置为：测量与泛光反射、结构光反射和/或二者融合有关的飞行时间(例如，以有选择的、受控的和/图案化的方式)。本发明的一些部分还涉及这样一些技术实施例，其被配置为用于与可切换式漫射器有关的操作。

技术领域

本发明涉及光投射和检测的系统和方法以及使用飞行时间(ToF)检测器确定表面深度信息的先进技术。ToF检测器被配置为：用来测量与泛光反射、结构光反射和/或二者融合有关的飞行时间(例如，以有选择的、受控的和/或图案化的方式)。本发明的一些部分还涉及技术方案的一些实施例，这些实施例被配置为：用于与可切换式漫射器有关的操作。

背景技术

光投射技术对于实现几种重要的设备功能是至关重要的。例如，手机的3D相机模块中可利用结构光投射和检测组件来进行面部特征识别(例如，用于身份验证目的和表情生成等)。在这种系统中，投射光可被用户的面部特征反射出去，并被检测器采集，并且通过算法进行分析，以“感知”或“分辨”用户面部的拓扑结构。光投射技术还与面部识别以外的很多其他功能相关，当然，包括：生成3D点云用于场景重建(例如，用在建模、虚拟化环境等)、计算真实空间的深度或其他尺寸 (例如，建造或设计中使用的用于计算建筑物内房间尺寸的移动app)、激光雷达 (LiDAR)应用等。

但是，目前的光投射技术的缺点是成本高、尺寸大、集成度低且基于ToF的图像的深度分辨率差。特别是传统的ToF技术依靠泛光照射来分辨深度。即，用泛光光源照射目标，然后用ToF传感器采集泛光的反射(被泛光投射在其上的表面反射出去的)来测量反射光的返回时间差异。

不幸的是，传统上使用泛光光源照射表面进行基于ToF的测量无法产生高度准确的深度分辨率。确实，泛光检测受到环境中不是来自投射光源的光发射的影响更大，因此信噪比较低。

而且，传统光投射技术没有充分利用可用光源来实现可能对上述各种功能有用的很多成像目标。反之，传统光系统利用多个投射光源来实现它们的目的。这些低效率阻碍了以光投射特征为基础或围绕着光投射特征建立的设备结构和功能的发展。因此，对于消费市场和整个行业来说，均期望对现有光投射技术进行改进。

发明内容

本发明提供了一种采用结构光的投射图案以增强基于飞行时间的深度测定的系统和方法，其单独使用或与投射的泛光结合使用。

根据各实施例，本发明的系统可包括：光投射子系统，其被配置为投射结构光图案；ToF传感器，其被配置为：检测表面对投射的结构光图案的反射，并且提供与结构光图案的一个或多个部分相关联的一个或多个飞行时间指征；以及处理引擎 (例如，控制器)，其与非暂时性计算机可读介质电连接，所述非暂时性计算机可读介质具有存储于其上的机器可读指令，当处理引擎执行机器可读指令时，使得系统：根据与结构光图案相关联的一个或多个飞行时间指征来确定与所述表面的一个或多个部分相关联的一个或多个深度测量值。采集与所述表面的多个部分相关联的深度测量值可告知所述表面的多个部分的3D拓扑结构。应当理解的是，基于本发明的目的，术语“计算机可读介质”涵盖被配置为存储可由处理引擎执行的机器可读指令的任何介质。例如，这种介质可存在于微控制单元、可以是芯片上的系统，或前述的任意组合。