[发明专利]畸变确定装置和确定畸变的方法

说明书

本申请公开了畸变确定装置和确定畸变的方法。一种畸变确定装置(100)，包括：光源，配置为发射光；以及光电设备(102)，配置为接收电磁信号并根据间接飞行时间测量技术将该信号转换为对应于多个预定相位偏移值的多个电输出信号。装置(100)的信号处理电路(110、116、126、132、136)，配置为处理电输出信号以计算从多个电信号导出的多个测量向量。该向量是关于多个频率的，并且包括用于基波频率的第一测量向量和用于非基波频率的第二测量向量。该电路(110、116、126、132、136)被配置为计算将第一向量的第一振幅与第二向量的第二振幅相关联的标量，并使用该标量来识别关于光电设备(102)的畸变。

技术领域

本发明涉及畸变确定装置，例如采用间接飞行时间测量技术的类型。本发明还涉及一种确定畸变的方法，该方法属于例如采用间接飞行时间测量技术的类型。

背景技术

在所谓的飞行时间感测系统和其他系统(例如游戏控制台视觉系统)中，已知采用照明源来照射在照明源的视场内的周围环境(有时被称为“场景”)，并且处理由该场景的特征反射的光。此类所谓的LiDAR(光检测和测距)系统利用使用照明源产生的光来对场景进行照明，并且使用检测设备(例如光电二极管阵列、一些光学元件、以及处理单元)检测从场景中的对象反射的光。从场景中的对象反射的光被检测设备接收并且被转换成电信号，该电信号随后由处理单元通过应用飞行时间(ToF)计算来处理，以便确定对象距检测设备的距离。虽然已知不同种类的LiDAR系统基于不同的操作原理，但此类系统基本上都对场景进行照明并检测反射光。

在这方面，所谓的“闪光LiDAR”技术(其为直接ToF测距技术)采用发射光脉冲的光源，这些光脉冲随后被场景中的特征反射并且由检测器设备进行检测。在此类技术中，使用针对光脉冲进行去往反射特征并且返回到检测器设备的往返行程测得的时间来直接计算到反射特征的距离。在时域中以非常高的采样率对入射到检测器设备上的光脉冲进行采样。因此，用于实现此类技术的处理电路中的信号路径需要信号的高带宽以及大的硅片空间，即此类实现方式需要硅晶圆上相对大的面积，这进而限制了集成电路上可以支持的通道的数量。因此，此类闪光LiDAR传感器可以支持的通道的实际空间数量通常低于100。为了克服此种限制，需要移动部件来实现机械扫描系统。

另一种已知的LiDAR系统采用所谓的“间接飞行时间”(iToF)测距技术。iTOF系统发射连续波光信号，并且该连续波光信号的反射被检测器设备接收并被分析。从场景特征反射的光的多个样本(例如四个样本)在一个帧周期内被获取，每个样本的相位阶跃例如为90°。使用此种照明和采样方法，可以确定照射和反射之间的相位角，并且可以使用所确定的相位角来确定到场景的反射特征的距离。

在iToF系统中，高频信号处理(解调)发生在像素级，且因此在同一芯片上集成大量像素所需的像素后信号带宽较低。结果，与直接ToF系统相比，iToF系统可以支持更大量的通道，且因此支持更高的空间分辨率测量。

然而，iToF系统对场景中物体在测量帧周期内的运动非常敏感，这可能导致在捕获的图像中产生所谓的“运动伪影”。对于使用四相位方案和20MHz调制频率以每秒50帧的速率进行测量的iToF系统，以3.75ms^-1移动的物体达到1％的误差预算以用于明确的距离计算。当对象沿与场景横向的方向移动时，测量的飞行时间以及因此的距离可能因测量帧内两个连续相位偏移之间发生的移动而变化。因此，当物体在场景背景前1米时，上述指定的iToF系统可以测量200ms^-1的物体速度。这种速度会产生运动伪影，特别是在横向移动到iToF相机的物体边缘处。

尽管可以通过将一个帧周期的每个像素的相位角或计算距离与前一个帧周期的相位或计算距离进行比较来执行运动检测，但是需要帧缓冲器。此外，由于需要比较两个连续帧周期的测量结果，这样的过程引入延迟。