在飛行時間測距裝置之間交換信息的制作方法
【技術領域】
[0001] 實施例通常涉及飛行時間（ToF)測距裝置例如ToF照相機的領域。
【背景技術】
[0002] 本部分介紹了可幫助便于對本發(fā)明的更好理解的方面。因此，本部分的陳述應就 此而論被閱讀且不應被理解為關于什么在現(xiàn)有技術中或什么不在現(xiàn)有技術中的承認。
[0003] 飛行時間（ToF)測距是用于光學3維（3D)測量的最廣泛使用的技術之一。ToF測 距成像照相機可測量到ToF照相機的視場中的每一個像素的距離。這可通過用經(jīng)調(diào)制光例 如紅外光照亮場景并測量在外出和進入的經(jīng)調(diào)制光信號之間的相移來實現(xiàn)。對于每一個像 素，可接著從這個相移計算相關的距離。因此，常規(guī)ToF照相機可采用用于照亮場景的經(jīng)調(diào) 制光和用于確定與場景中的一個或多個物體有關的深度信息的其反射版本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 可在意圖強調(diào)并介紹各種示例性實施例的一些方面的下面的概述中做出一些簡 化，但這樣的簡化并不意在限制一個或多個本發(fā)明的范圍。足以允許本領域中的普通技術 人員制造和使用創(chuàng)造性概念的優(yōu)選示例性實施例的詳細描述將跟隨在稍后的部分中。
[0005] 根據(jù)第一方面，實施例提供飛行時間（ToF)照相機。ToF照相機包括配置成通過根 據(jù)信息承載信號調(diào)制待發(fā)出的光信號來將信息發(fā)射到遠程接收機的照明單元。
[0006] 在一個或多個實施例中，遠程接收機可以是例如包括在另外的遠程ToF照相機中 的遠程ToF接收機。在一些實施例中，照明單元也可用于照亮由ToF照相機捕獲的場景。
[0007] 實施例也可包括對應的方法。該方法包括通過在ToF照相機處根據(jù)信息承載信號 調(diào)制待發(fā)出的光信號來在ToF照相機和遠程ToF接收機之間交換信息。
[0008] 根據(jù)另外的方面，實施例提供包括ToF傳感器的ToF接收機，ToF傳感器被配置成 檢測包括在從遠程光源發(fā)出的經(jīng)調(diào)制光信號中的信息承載信號。
[0009] 在一個或多個實施例中，ToF接收機可被包括在ToF照相機中。在一些實施例中， ToF傳感器可以是ToF像素，例如光子混合器件（PMD)像素。在一些實施例中，遠程光源可 被包括在遠程ToF照相機的照明單元中。
[0010] 實施例還包括對應的方法。該方法包括在ToF接收機處檢測包括在從遠程光源發(fā) 出的經(jīng)調(diào)制光信號中的信息承載信號。一個或多個常規(guī)ToF像素可用于這個目的。
[0011] 實施例還包括包含第一和第二ToF照相機的系統(tǒng)。第一 ToF照相機具有配置成通 過根據(jù)信息承載信號調(diào)制待發(fā)出的光信號來將信息發(fā)射到第二ToF照相機的照明單元。第 二ToF照相機具有配置成檢測包括在第一 ToF照相機的已發(fā)出光信號中的信息承載信號的 ToF傳感器。于是可使多個ToF照相機能夠彼此通信。
[0012] 實施例還包括用于在第一和第二ToF照相機之間交換信息的方法。該方法包括根 據(jù)信息承載信號調(diào)制從第一 ToF照相機發(fā)出的光信號，以及用第二ToF照相機檢測包括在 第一 ToF照相機的已發(fā)出光信號中的信息承載信號。
[0013] -些實施例包括安裝在ToF照相機內(nèi)的用于執(zhí)行相應的方法的數(shù)字電路。這 樣的數(shù)字控制電路例如數(shù)字信號處理器（DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA)、專用集成電路 (ASIC)或通用處理器需要被相應地編程。因此，又另外的實施例還提供具有程序代碼的計 算機程序，當計算機程序在計算機或可編程硬件裝置上被執(zhí)行時，程序代碼用于執(zhí)行上面 的方法之一或至少其一個或多個步驟的實施例。
[0014] 實施例可在3D ToF照相機上組合3D成像和數(shù)據(jù)交換。
【附圖說明】
[0015] 將在下面僅作為示例且參考附圖來描述設備和/或方法的一些實施例，其中： 圖1示出根據(jù)實施例的ToF照相機； 圖2示出根據(jù)實施例的多個ToF照相機的系統(tǒng)； 圖3示出信息承載信號的示例；以及 圖4a、b示出用于信息承載信號的檢測電路的示例實現(xiàn)。
【具體實施方式】
[0016] 現(xiàn)在將參考附圖更充分地描述各種示例實施例，一些示例實施例在附圖中示出。 在附圖中，為了清楚可放大線、層和/或區(qū)的厚度。
[0017] 因此，雖然另外的實施例能夠有各種修改和替換的形式，但其一些示例實施例作 為示例在圖中示出，且將在本文被詳細描述。然而應理解的是，沒有意圖將示例實施例限制 到所公開的特別的形式，而是相反，示例實施例將覆蓋落在本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等 效和替換形式。相同的數(shù)字指代遍及圖的描述的相同或類似的元件。
[0018] 將理解的是，當元件被稱為"連接"或"耦合"到另一元件時，它可直接連接或耦合 到其它元件或中間元件可存在。相反，當元件被稱為"直接連接"或"直接耦合"到另一元 件時，沒有中間元件存在。用來描述元件之間的關系的其它詞應以相似的方式(例如"在… 之間"相對于"直接在…之間"、"鄰近"相對于"直接鄰近"等）被解釋。
[0019] 本文使用的術語是為了僅描述特別的示例實施例的目的，且并不意在為對另外的 示例實施例的限制。如在本文使用的，單數(shù)形式"一"、"一個"和"該"也意在包括復數(shù)形式， 除非上下文另外清楚地指示。將進一步理解的是，術語"包括"、"由……組成"、"含有"和/ 或"包含"當在本文中使用時指定規(guī)定特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不 排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或其組的存在或添加。
[0020] 除非另有規(guī)定，在本文使用的所有術語(包括技術和科學術語）具有與示例實施例 所屬于的領域中的普通技術人員通常理解的相同的含義。將進一步理解的是，術語例如在 通常使用的字典中限定的術語應被解釋為具有與在相關領域的上下文中的其含義一致的 含義，且將不在理想化或太正式的意義上被解釋，除非在本文這樣明確限定。
[0021] 圖1圖示根據(jù)實施例的飛行時間（ToF)照相機100的示意性方框圖。
[0022] ToF照相機100可被視為基于已知的光速并通過針對照相機的視場的每一個點測 量在照相機100和物體之間的光信號的飛行時間來解析距離的測距成像裝置的示例。ToF 照相機100可以是獨立ToF照相機，或可被包括在另一裝置例如智能電話、平板PC、膝上型 PC等中。根據(jù)實施例，ToF照相機100可同時與例如其它ToF裝置通信。
[0023] ToF照相機100包括照明單元110,其包括光發(fā)射器112、光學組件120、圖像傳感 器130、驅(qū)動器電路140和處理器單元150。根據(jù)實施例，照明單元110或更具體地它的光 發(fā)射器112被配置成通過根據(jù)信息承載信號116調(diào)制待發(fā)出的光或光信號114來與遠程接 收機(未示出）交換信息/將信息傳送到遠程接收機。
[0024] 因此，信息承載信號116的至少一部分可以是非預先確定的，即，不是預先已知 的，且可取決于應從照相機100發(fā)射到遠程或遠處接收機的實際信息。信息承載信號116 可因此攜帶從ToF照相機100發(fā)射到遠程接收機的有用信息，遠程接收機在一些實施例中 可以是遠程ToF測距裝置或接收機，例如另外的ToF照相機。然而，在其它裝置例如智能電 話、平板PC、膝上型PC等中的ToF接收機也是可能的。
[0025] 在一些實施例中，信息承載信號可包括用于將有用信息輸送到遠程接收機的一個 或多個非預先確定數(shù)字基帶信號。例如，信息承載信號116可包括關于照相機100所捕獲 的圖片的信息和/或其3D信息。對于另一示例，信息承載信號116可包括關于照相機100 的信息，例如照相機的配置信息。因此配置信息可包括用于調(diào)制所發(fā)出的光114的預先限 定和照相機特定的調(diào)制序列。通過將其照相機特定的調(diào)制序列傳送到其它ToF照相機，后 者可選擇其它正交調(diào)制序列來減小在彼此接近的多個3D照相機當中的相互干擾。
[0026] 在一些實施例中，照明單元100的調(diào)制器118可被配置成根據(jù)信息承載信號116 調(diào)制光信號114的相位。因此，調(diào)制器118可被配置成執(zhí)行光信號114的相位調(diào)制。可替 換或附加地，也可基于信息承載信號116來調(diào)制光信號114的振幅。
[0027] 在一些實施例中，調(diào)制器118可被配置成根據(jù)非相干調(diào)制方案來調(diào)制光114。以這 種方式，發(fā)射ToF照相機100和遠程接收機不需要是相位同步的以檢測信息承載信號，這可 導致較不復雜的實現(xiàn)。例如，可根據(jù)微分調(diào)制方案例如微分相移鍵控（DPSK)來調(diào)制光信號 114。在這里，信息承載信號的數(shù)據(jù)可用于改變而不是設置待發(fā)出的光114的相位。
[0028] 將認識到的是，在其它實施例中，也可采用相干發(fā)射或調(diào)制方案，諸如例如相移鍵 控（PSK)或正交振幅調(diào)制（QAM)方案。在這樣的情況下，可用預先限定的同步或培訓信號來 補充信息承載信號116以使遠程接收機能夠估計和同步到所發(fā)出的經(jīng)調(diào)制光信號的相位。 相干發(fā)射/接收方案可允許檢測未知的已發(fā)射信息承載信號116以及在發(fā)射裝置和遠程接 收裝置之間的距離。
[0029] 除了交換信息以外，照明單元110也可被配置成照亮由飛行時間照相機100捕獲 的場景。因此，光發(fā)射器112可被配置成無線地，即，在沒有電纜或光纖的情況下朝著場景 和/或遠程接收機發(fā)出光114,所述場景和/或遠程接收機應在照明單元110的視場中，以 便能夠接收經(jīng)調(diào)制光114。當光114可以以例如幾 MHz到數(shù)百MHz的速度被調(diào)制時，發(fā)光二 極管（LED)或激光二極管可形成光發(fā)射器112。照明單元110可使用紅外光來使照明不顯 目艮。因此，光信號114可以是對應于700 nm到I mm的波長覆蓋從430 THz向下至300 GHz 的波長的紅外光信號。
[0030] 光學組件120可包括一個或多個透鏡122以收集反射光并將所捕獲的場景/環(huán)境 成像到圖像傳感器130上。光學組件120還可包括一個或多個光學帶通濾波器以使具有與 從照明單元110發(fā)出的光相同的波長的光通過。光學帶通