CN112946671B 光学距离计算装置和距离计算的方法 （迈来芯科技有限公司）

Applications.2008,第6805卷68050D-1.fromwave-frontslopemeasurements”Applications.2008,第6805卷68050D-1.本申请公开了光学距离计算装置和距离计并存储分别与根据该间接飞行时间测量技术所施加的多个预定相位偏移值相对应的多个电输为根据该间接飞行时间测量技术处理该多个电被配置为使用参考照明数据来计算相位角校正2光子混合器单元，被配置为生成并存储分别与根据所述间接飞行信号处理电路，被配置为根据所述间接飞行时间测量方法处理所述多个电输出信号，所述信号处理电路被配置为计算相位角校正值并且施加所计算的所述信号处理电路被配置为使用由所述光源所发射的光的波形的模型的先验知识作所述信号处理电路被配置为使用经校正的所测量的相位数据存储，被配置为存储多个输入相位角和分别与所述多个输及所述信号处理电路被配置为访问所述数据存储并且提供与所述所测量的相位角相对所估计的相位角和与其相关联的所述预定相位角来计算所述相所述信号处理电路被配置为采用第一相位角计算方法和第二相位号处理电路被配置为响应于根据所述间接飞行时间测量方法在时间帧中施加的所采用的所述信号处理电路被配置为从计算所述所测量的相位角的测量向量计算所测量的振所述信号处理电路被配置为将振幅校正值施加到所述所测量的振幅以提供经校正的3由所述光源所发射的所述光的所述波形模型被用于计算与预定相位角相对应的所估由所述光源所发射的所述光的所述波形模型被用于计算所述测量向量的所估计的振所述信号处理电路被配置为采用第一振幅计算方法和第二振幅计算理电路被配置为响应于根据所述间接飞行时间测量方法在时间帧中施加的所采用的所述所述装置进一步包括数据存储，所述数据存储被配置为存储多个输入相所述信号处理电路被配置为访问所述数据存储并且提供与所述所测量的相位角相对校准阶段期间测量与由所述光源所发射的所述光相对所述信号处理电路被配置为采用另一间接飞行测量方法来计算多个测量向量作为参所述信号处理电路被配置为采用所述间接飞行时间测所述信号处理电路被配置为使用所述多个相位角和所述另一多个相位角来计算多个相位角误差，所述多个相位角误差提供关于所述能测量距离的所述范围的一部分的校正；使用所述间接飞行时间测量方法所计算的所述相位角校正值与在所述能测量距离的基本上静态参考场景的图像与在标准模式中获取的所述基本上静态参考场景的另一个图光子混合器单元生成并存储分别与根据所述间接飞行时间测量方法所施加的多个预4信号处理电路根据所述间接飞行时间测量方法处理所述多所述信号处理电路来计算相位角校正值并且施加所计算的相位角校正所述信号处理电路使用由所述光源所发射的光的波形的模型的先验知识作为参考照明数据来计算相位角校正值，所述模型由关于所述光源发出的光的测量的倾斜时间预表所述信号处理电路使用经校正的所测量的相位5飞行时间测量技术来发射光和处理所接收的反射光。本发明还涉及一种距离计算的方法，检测设备(例如光电二极管阵列、一些光学元件和处理单元)检测从场景中的对象反射的接使用光脉冲往返于反射特征并且返回到检测器设备的所测量的时间来计算到反射特征缓冲器，该缓冲器存储由所谓的光子混合器设备生成的关于用于随后的信号处理的m个相6为AMCWToF成像中的多路径干涉问题”(Modeling“wiggling”asamulti-pathinterferenceprobleminAMCWToFimaging)，Feigin等人，OSAOpticsExpress，于B样条或基于查找表的校正方法，例如如“用于精确距离感测的飞行时间传感器校准” (Time-of-Flightsensorcalibrationforaccuraterangesensing)(Lindner等人， 制由光源发射的光照明信号并解调由光子混合器设备所接收的光信号的温度和频率)的变化敏感。号处理电路被配置为使用经校正的所测量的相[0013]由该光源所发射的该光的该波形模型可用于计算与预定相位角相对应的该所估计的相位角，并且可从该所估计的相位角和与其相关联的该预定相位角来计算相位校正信号处理电路可被配置为响应于根据该间接飞行时间测量技术在时间帧中施加的所采用相位角校正值，或者选择该第二相位角计算技术来计算第二相位角校正作为相位角校正7[0016]该信号处理电路可被配置为从计算该所测量的相位角的测量向量计算所测量的[0017]由该光源所发射的该光的该波形模型可被用于计算与预定相位角相对应的所估处理电路可被配置为响应于根据该间接飞行时间测量技术在时间帧中施加的所采用的该[0020]该数据存储可被配置为存储该多个输入相位角和分别与该多个输入相位角相关[0021]该信号处理电路可被配置为在校准阶段期间测量与由该光源所发射的该光相对[0023]该信号处理电路可被配置为采用另一间接飞行测量技术来计算多个测量向量作多个向量计算另一多个相位角。且可使用该间接飞行时间测量技术关于该基本上静态参考场景生成该中该信号处理电路可被配置为使用该多个相位角和该另一多个相位角来计算多个相位角间接飞行时间测量技术所计算的该相位角校正值可与在该可测量距离的该部分外且在该[0027]该另一间接飞行时间测量技术可使用比间接飞行时间测量技术更大数量的相位偏移样本，并且由该另一间接飞行时间测量技术所采用的相位偏移样本的数量可以是奇[0028]该参考照明数据可以是在参考模式中获取的基本上静态参考场景的图像与在标8准模式中获取的该基本上静态参考场景的另一个图合器单元阵列中的每一个可被配置为有助于计算存储在该数据存储中的该多个相位角校便校正该所测量的相位角；以及该信号处理电路使用经校正的所测量的相位角来计算距[0036]图2是由图1的装置执行并构成本发明的另一个实施例的距离计算的方法的流程[0038]图4是示出了使用图3的方法计算相位角误差校正值所涉及的波形的一系列曲线[0039]图5是分别由图1和图2的装置和方法采用的用于相位角校正的查找表的图形表[0041]图7是由图6的装置执行并构成本发明的进一步实施例的距离计算的另一个方法9[0043]图9是分别由图6和图7的装置和方法采用的用于振幅校正的另一个查找表的图形进行振幅调制以便作为连续波光信号发射的红外光。该装置100的检测和测距模块包括光104，该光电二极管104具有可操作地耦合到地电位的阳极和耦合光子混合器106的第一输模块包括上述类型的光子混合器像素设备的阵列。[0046]相位信号发生器112被配置为生成连续波电信号。连续波信号的相位偏移可经由号发生器112的输出被耦合到光子混合器1元110包括内部缓冲器(未示出)以支持来自积分器108的测量的串行传输。为了支持该布[0048]定时控制单元116具有同步输出118，该同步输出118可操作地耦合到DFT单元110用光子计数器作为积分器108或在DFT单元110之前提供模数转[0050]与所接收的反射光信号的一次谐波有关的该多个数字I/O输出125中的第一对I/Q相位角的输出。反正切单元124的输出还被可操作地耦合到由数据存储支持的查找表单元连续波光信号控制关于电信号对一组相位偏移进行循环遍历。同步输出118还将同步信号[0052]为了计算经校正的相位角，通过将相位信号发生器112生成的电信号施加到光子且关于该组相位偏移中的每一个相位偏移测量(步骤202)的存储在积分器108中的电荷的设备102的施加的相位偏移值的各自累积电荷电平。DFT单元110针对每一个帧周期计算分例中，同步信号确保反正切单元124同步地接收DFT单元110的电流测量帧的基频I/Q输出。[0054]所提取的相位角pmeas由求和单元128以及查找表单元130接相对应的相位角校正值并输出该相位角校正值该相位角校正值-perr由求和单元128接收并且被施加(步骤210)(例如，添[0056]转到查找表单元130，已经发现，在对发射的光信号的瞬态具有先验知识的情况[0058]s(t)是具有脉冲持续时间tp的理想矩形波形与具有可以在波形的倾斜时间ts的0到100％之间变化(例如波形的上升时间或下降时间)的持续时间的另一理想矩形波形的卷在现场使用期间)在对装置100进行线端(end-of-line)测试期间测量发射的光信号的倾斜时间ts(步骤300)一次，以便考虑在装置100的寿命期间发生的操作参数漂移和/或温度效[0062]使用上述关于理论上的飞行时间距离计算系统的等式(1)的模型并且如通过上述[0064]其中且Φ是由从装置100的光源到场景中的对象并返回到光学接收器光子混合器像素设备102的飞行时间路径引入的相位角。使用上述表达式估计值Φest(Ф)418(即向量的同相分量和正交分量的相位角值Φ的实际或理想解决方案上述表达式(等式(12))一起使用以计算相位角误差值Фerr。该计算过程构成计算(步骤的光信号的模型是不对称的(例如该模型具有不同的上升时间和下降时间和/或更一般地[0081]在另一个示例(图6)中，振幅计算路径134被添加到图1的第一间接飞行时间距离包括可操作地耦合到求和单元128的第二输入132的第一输出144和可操作地耦合到乘法器[0082]在操作(图7)中，第二间接飞行时间距离装置150以与图1的第一间接飞行时间计算装置100相似的方式来操作，该方式和向量V的I/Q分量的生成(步骤200到步骤204)有关振幅校正值CLx由乘法器单元142在其第二输入148处接收，并与在其第一输入140处所接收的所提取的振幅Lxmeas相乘(步骤216)，该振幅Lxmeas与由查找表单元130检取的振幅校正值乘法器单元142的输出处提供(步骤218)该振幅[0083]重复(步骤220)上述步骤(步骤202到步骤218)直到不再需要校正所测量的角度和源发射的光信号的模型(在上面的等式(1)中列出)来计算用于查找表的振幅校正值CLx。在该方面，上文关于等式(4)到等式(7)所计算的向量V的同相分量和正交分量同样用于计算[0088]已经关于上文阐述的三角相位角计算技术对其进行了计算(等式(9)、(10)、[0089]以与上述关于相位角误差值Фerr的计算执行的方式造期间或在现场使用期间在对装置100进行线端测试期间测量(步骤500)发射的光信号的[0093]使用上述关于理论上的飞行时间距离计算系统的等式(1)的模型并且如通过上述傅里叶变换来计算(步骤506)同相向量分量和正交向量分量，在该示例中是关于光信号的量I(Φ)和正交向量分量Q(Φ)。车范数或欧几里德范数方法来计算(步骤508)当前相位角值Ф的所估计的相位角Φest(Ф)[0097]取决于如上所述的带宽时间乘积Γ的值，atan2方法或三角方法可以被用于基于上述向量的同相分量和正交分量时所使用的实际相位角Φ的知识，针对所估计的相位角达式(等式(15))可以用于计算振幅校正值CLx。该计算过程构成用于计算(步骤512)振幅校相对应的所估计相位角Фest值一起存储在查找表单元130中之前进行转换(例如取反(-值CLx，所计算的相位角校正值CLx与所估计的相位角误差值Фest中的变化也是循环的。然度测量模式所提供的更高精度在该示例中可归因于通过更高精度的间接飞行时间测量技误差值，Lx标准(Фref)是关于使用标准精度模式进行的振幅测量所计算的振幅值，且Lxref[0109]装置100能够测量由与所使用的光源的调制频率相关联的混叠所限制的可能距离一个或多个相位角误差值有助于补全相位角误差值[0111]在该示例和本文所阐述的其他示例中，当关于像素阵列采用该测量技术(和先前在计算机数据信号中的