[发明专利]3D飞行时间相机和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于获取关于场景的信息(具体地，用于获取场景的深度图像、关于参考信号和场景的入射辐射之间的相移的信息、或关于场景的环境信息)的3D飞行时间(3D time-of-flight)相机和对应的3D飞行时间方法。另外，本发明涉及用于在这种3D飞行时间相机和方法中所使用的处理器和对应的处理方法。另外，本发明涉及用于将这种处理方法实现在计算机上的计算机程序和存储这种计算机程序的计算机可读非暂存性介质。

背景技术

3D飞行时间(ToF)相机通过确定辐射(优选地为光)从源到对象并返回到相机所需的时间来获得深度图像。这通常通过断续地照亮场景并将时间窗口(严格地讲，窗口的序列)的卷积应用到反向散射的入射光信号来实现。连续波ToF相机利用周期性调制的光源来照亮场景，并且，测量相对于射出信号的反光散射信号的相移。该相移与飞行时间成正比，因此，其包括距离信息。通常，三个量是未知的并必须针对每个像素单独确定：对象的距离、其反射率和环境光的强度。因此，为了确定这些未知量一个或多个(取决于未知量的数目)测量是必须的，例如，在三个未知量的情形中，至少需要三个测量。

在Schwarte、R.、Heinol、H.G.、Xu、Z.、Hartmann、K.在Casasent D.P.(ed.)光学照相器工程师(SPIE)会议系列vol.2588、第126页至第134页(1995)的New active 3D vision system based on rf-modulation interferometry of incoherent light和Spirig、T.、Seitz、P.、Heitger、F.在IEEE J.量子电子学31第1705页至第1708页(1995)的The lock-in CCD.Two-dimensional synchronous detection of light中，描述了一种连续波ToF传感器(PMD)传感器。

在如下文献中可找到有关ToF相机的一般技术的更多信息：Elkhalili、O.、Schrey、O.、Ulfig、W.、Brockherde、W.、Hosticka、B.J.、Mengel、P.、Listl、L.的A 64x8pixel 3-D CMOS time-of flight image sensor    for    car    safety    applications    (2006)    、http://www.canesta.com/assets/pdf/technicalpapaers/CVPR_Submission TOF.pdf中的A time-of-flight depth sensor-System div、Oggier、T.、Lehmann、M.、Kaufmann、R.、Schweizeer、M.、Richter、M.、Metzler、P.、Lang、G.、Lustenberger、F.、Blanc、N.在SPIE 2003会议集第534页至第545页2003中的An all-solid-state optical range camera for 3D real-time imaging with sub-centimeter depth resolution (2004)、以及Ringbeck、T.、Hagebeuker、B.在2007年7月9日至12日在ETH苏黎世举办的的光3-D测量技术分会：范围成像I中的A 3D time-of-flight camera for object detection。