飞行时间相机中相位对准误差的主动补偿

申请号 CN201510695828.8 申请日 2015-10-23 公开(公告)号 CN105548997A 公开(公告)日 2016-05-04
申请人 美国亚德诺半导体公司; 发明人 E·巴恩斯;
摘要 公开了飞行时间相机中 相位 对准误差的主动补偿。可提供执行主动反馈的方法、设备和系统,以感测或监视照明和快 门 脉冲,并且主动地进行调整,以保持脉冲之间的期望相位关系/差。通过维持所需的 相位差 ,甚至当飞行时间的相机的条件变化(例如, 温度 、老化等),计算距离可以更准确。有利地,主动补偿可以校正关于′即时′错误,在操作期间消除详细表征和手动调节。
权利要求

1.一种用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准错误的方法,所述相机包括照明器和快驱动器,该方法包括:
感测在所述照明器的第一实际电脉冲;
感测在快门驱动器的第二实际电脉冲;和
调整如下的一个或多个:
基于所述第一实际电脉冲与第一参考电脉冲,调整被提供给照明器的第一输出电脉冲;和
基于所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲,调整被提供给所述快门驱动器的第二输出电脉冲。
2.如权利要求1所述的方法,其中,调整第一输出电脉冲包括:
使用相位检测器,比较所述第一实际电脉冲和所述第一参考电脉冲,以确定第一相位误差;以及
基于所述第一相位误差,调整用于照明器的第一输出电脉冲。
3.如权利要求1所述的方法,其中,调整所述第二输出电脉冲包括:
使用相位检测器,比较所述第二实际电脉冲和所述第二参考电脉冲,以确定第二相位误差;以及
基于所述第二相位误差,调整所述快门驱动器的第二输出电脉冲。
4.如权利要求1所述的方法,其中,感测第一实际电脉冲包括:感测在所述照明器的电路节点的电脉冲,所述第一实际电脉冲代表打开所述照明器的光源的脉冲。
5.如权利要求1所述的方法,其中,感测第一实际电脉冲包括:
使用照明器中的光敏元件,感测由所述照明器中光源发出的光;和
响应于感测由所述光源发出的光,由光敏元件产生电脉冲作为第一实际电脉冲。
6.如权利要求1所述的方法,其中,调整第一输出电脉冲包括:调整所述第一输出电脉冲,以驱动所述第一实际电脉冲和所述第一参考电脉冲之间的第一相位误差为零或减小第一相位误差。
7.如权利要求1所述的方法,其中,调整第一输出电脉冲包括:
确定第一实际电脉冲和第一参考电脉冲之间的第一相位误差;和
在使用第一相位误差调整第一输出电脉冲之前,根据第一反馈回路的一个第一时间常数滤波所述第一相位误差,所述第一反馈回路具有第一实际电脉冲作为反馈信号
8.如权利要求1所述的方法,其中,调整所述第二输出电脉冲包括:调整所述第二输出电脉冲,以驱动所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲之间的第二相位误差为零或减小第二相位误差。
9.如权利要求1所述的方法,其中,调整所述第二输出电脉冲包括:
确定所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲之间的第二相位误差;和
使用第二相位误差调整所述第二输出电脉冲之前,根据第二反馈回路的第二时间常数滤波第二相位误差,所述第二反馈回路具有第二实际电脉冲作为反馈信号。
10.一种用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准错误的电路,所述相机包括照明器和快门驱动器,所述电路包括:
第一比较电路,用于感测在照明器的第一实际电脉冲,并确定所述第一实际电脉冲与第一参考电脉冲之间的第一相位误差;
第二比较电路,用于感测在快门驱动器的第二实际电脉冲,并确定所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲之间的第二相位误差;
第一致动器电路,基于被提供给所述照明器的所述第一相位误差,用于产生第一输出电脉冲的;和
第二致动器电路,基于被提供给所述快门驱动器的所述第二相位误差,用于产生第二输出电脉冲。
11.如权利要求10所述的电路,其中:
第一相位误差包括所述第一实际电脉冲和所述第一参考电脉冲之间的相位或定时的第一差值。
12.如权利要求10所述的电路,其中:
第二相位误差包括所述第二实际电脉冲和所述第二参考电脉冲之间的相位或定时的第二差值。
13.如权利要求10所述的电路,其中:
第一致动器电路包括第一可编程时间常数,用于在使用所述第一相位误差调整所述第一输出电脉冲之前过滤所述第一相位误差。
14.如权利要求10所述的电路,其中:
第二致动器电路包括第二可编程时间常数,用于在使用所述第二相位误差调整所述第二输出电脉冲之前过滤所述第二相位误差。
15.如权利要求10所述的电路,其中:
第一致动器电路自适应地调整被提供给照明器的第一输出电脉冲以驱动第一相位误差为零;和
第二致动器电路自适应地调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲以驱动第二相位误差为零。
16.如权利要求10所述的电路,进一步包括:
脉冲发生器,被配置成产生具有预定定时的第一参考电脉冲和第二参考电脉冲,用于确定与由照明器照亮的物体相关联的距离信息。
17.主动补偿相位对准误差的飞行时间的系统,所述系统包括:
驱动光源的驱动器,;
耦合至图像传感器电子快门驱动器;
第一感测电路,用于感测在驱动光源的驱动器的第一实际电脉冲;
第二感测电路,用于感测在电子快门驱动器的第二实际电脉冲;
第一补偿电路,用于基于所述第一实际电脉冲和第一参考电脉冲而调整提供给驱动所述光源的驱动器的第一输出电脉冲;和
第二补偿电路,用于基于所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲而调整被提供给电子快门驱动器的第二输出电脉冲;
其中,从所述图像传感器捕获的图像信号和与第一和第二输出电脉冲相关的预定相位差用于计算物体与所述飞行时间的系统的距离。
18.如权利要求17所述的飞行时间的系统,其中,所述第二实际电脉冲作为第一参考电脉冲。
19.如权利要求17所述的飞行时间的系统,其中,所述第一实际电脉冲作为第二参考电脉冲。
20.如权利要求17所述的飞行时间的系统,其中:
第一参考电脉冲和第二参考电脉冲代表具有预定相位差的期望电脉冲;
第一补偿电路调整被提供给照明器的第一输出电脉冲,并驱动所述第一实际电脉冲更接近所述第一参考电脉冲;和
第二补偿电路调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲,并驱动第二实际电脉冲更接近第二参考电脉冲。

说明书全文

飞行时间相机中相位对准误差的主动补偿

[0001] 优先权请求
[0002] 本申请是于10月24日提交的非临时的美国临时专利申请序列号62/068137,在此通过引用以其整体并入。

技术领域

[0003] 本发明涉及集成电路领域,尤其涉及被配置为用于飞行时间的相机(time-of-flight camera)的相位对准误差提供主动补偿的电路。

背景技术

[0004] 飞行时间的相机是用于测量关于对象距离的信息的光学系统。具体而言,飞行时间的相机基于光的已知速度和信号在相机与对象之间传播所花费的时间而解析距离。该飞行时间的相机的一个示例例子是LIDAR,它使用激光作为光源,用于测量对象的距离。飞行时间的相机经常用于测距仪。经设计用于确定深度、距离和/或速度的光学系统也可以用于许多其他系统,包括运动电子、消费电子、医疗设备、航空/军用设备、汽车电子、安防系统等。附图说明
[0005] 为了提供本公开内容的更完整的理解和其特征和优点,可结合附图参考下面的描述,其中,类似的参考数字表示相同的部件,其中:
[0006] 图1示出示例的飞行时间的相机;
[0007] 图2示出根据本发明一些实施例,用于为飞行时间的相机的相位对准误差提供主动补偿的示例性系统;
[0008] 图3示出根据本公开的一些实施例,用于为飞行时间的相机的相位对准误差提供主动补偿的另一示例性系统;
[0009] 图4示出根据本公开的一些实施例,用于为飞行时间的相机的相位对准误差提供主动补偿的另一示例性系统;
[0010] 图5示出根据本公开的一些实施例,说明用于为飞行时间的相机的相位对准误差的主动补偿的方法的流程图;和
[0011] 图6示出根据本公开的一些实施例的对于反馈具有电脉冲输出的示例性照明器设计。

具体实施方式

[0012] 了解飞行时间的相机
[0013] 图1示出示例性的飞行时间的相机。飞行时间的相机一般包括照明器104(它散发出主动照明脉冲或光脉冲),和具有电子快的图像传感器102。虽然未示出,飞行时间的相机将包括可以计算在相机的视场中的物体的距离的部件(例如,棒球运动员、棒球棍等)。通常情况下,飞行时间的相机通过使用照明器104生成主动照明脉冲以及捕获在图像传感器102中的反射光而测量场景深度,所述照明器104反射在场景中的对象。例如,照明器104可以包括发光二极管激光二极管,其可以在场景中的对象脉冲红外光,以及反射光由图像传感器102捕获,例如,电荷耦合设备(CCD)图像传感器阵列或其它类型的图像传感器阵列。照明器104由电脉冲驱动,其引起照明器104闪烁。图像传感器102的快门驱动器由电脉冲驱动,其引起快门打开以允许图像被捕获和/图像信号产生。
[0014] 需要注意,从照明器104到对象以及从对象到图像传感器102行进的光的往返时间将基于从飞行时间的相机的物体距离而变化。另外,光 的速度是已知的。因此,根据于对象到飞行时间的相机之间的距离,击中图像传感器102的反射光将具有相对于照明器104产生的光的时间的延迟。基于这些信息,可以协调照明器104的相位和图像传感器102的快门驱动器以捕获反射光。通过触发脉冲到具有多分时相位差的照明器104和图像传感器102,图像传感器的那些相位差和拍摄图像信号102可直接用于计算对象与相机的距离。本领域技术人员应该理解,多种可用技术/算法可用于飞行时间的相机以确定距离(例如,利用照明和快门脉冲之间的已知相位差的技术)。
[0015] 飞行时间的相机中的相位/定时误差
[0016] 在提供给照明器104的脉冲和提供给图像传感器102的脉冲之间的预定相位差直接用于确定对象与飞行时间的相机的距离。出于这个原因,距离确定的准确性通过两个脉冲中的定时误差(例如,偏移量、歪斜变化)被降低。两个脉冲之间的实际相位差有时可大于预定/期望的相位差或小于预定/期望的相位差。当两个脉冲之间的相位差是不准确的时,距离计算也变得不准确。换言之,理想的是保证两个脉冲之间的相位差是已知的或设置有很高的准确度。
[0017] 换而言之,深度计算的准确度直接依赖于确保照明和快门脉冲的相位对准是正确的,例如减少歪斜(图1中示出),当脉冲不与所需的相位差对准时,歪斜可发生。照明和快门脉冲的任一个或两个可以呈现歪斜,从而引起深度计算中的错误。例如,相位对准中的误差皮秒可直接导致在深度计算中的毫米到厘米(或更多)误差。
[0018] 多个误差源存在信号链中,包括静态和动态的,从而导致错误的相位对准。一些解决方案试图通过蛮(brute-force)技术以手动表征和调整照明和快门脉冲的定时对准而解决该问题。然而,这些解决方案不是最佳的,因为许多这些技术不能容易解决动态的错误来源。例如,蛮力技术一般不能解决因温度变化(例如,导致电压供应的变化)或生成该脉冲的电路的老化引起的误差。
[0019] 飞行时间的相机相位校准误差的主动补偿技术
[0020] 为了减轻这些问题,可提供改进的方法、装置和系统以实施主动反馈,用于电传感或监视照明和快门脉冲并积极地进行调整,以保持脉冲之间的期望的相位关系/差。通过维持所需的相位差,距离计算可以更准确,甚至当飞行时间的相机的条件变化(例如,温度、老化等)时。有利地,主动补偿可以纠正关于'即时'错误,在操作期间消除详细表征和手动调整。
[0021] 图2示出根据本发明一些实施例,用于向飞行时间的相机的相位对准误差提供主动补偿的示例性系统。所示的系统包括图像传感器202(类似于图1的图像传感器102),其可以具有与其耦合的电子快门驱动器204。通常情况下,快门驱动器204控制图像传感器202的电子快门。系统还包括照明器206(类似于图1的照明器104)。所述照明器可包括光源和用于驱动光源的驱动器。所述光源可以是发光二极管、激光二极管等,以及取决于应用可使用不同类型的光源。而且,该系统包括(精度)定时发生器208以产生高速脉冲输出,用于照明器206(OUT1)和快门驱动器204(OUT2)。这两个脉冲最好具有彼此之间的期望/已知/预定相位差。从图像传感器202的捕获的图像信号和输出电脉冲之间的期望/已知/预定相位差异用于计算对象与飞行时间的系统的距离。处理器(诸如,数字信号处理器或微处理器)可以包括在飞行时间的相机中,用于执行该计算。
[0022] 如先前解释地,实际的相位差可以静态和动态漂移远离期望/已知/预定的相位差,从而使得距离确定变得不准确。本公开的一个方面涉及提供在快门驱动器204和照明器206的脉冲的主动反馈,使得“实际”的电脉冲可用于反馈信息以调整脉冲输出OUT1和OUT2从。为了获得快门驱动器204和照明器206的“实际”电脉冲,可提供专用电路以感测在所述照明器206(ACT1)和快门驱动器204(ACT2)的实际电脉冲。专门电路可包括第一传感电路,用于感测在照明器206中驱动光源的驱动器的第一实际电脉冲(ACT1),和第二传感电路,用于感测在电子快 门驱动器204的第二实际电脉冲(ACT2)。专用电路是不普通的,由于在一些实施例中该系统的高压和高速条件。此外,专用电路是不普通的,因为快门驱动器204和照明器206各自具有独特的设计电路,其彼此差异很大。
[0023] 本发明的另一方面涉及主动反馈如何用于减小相位误差,或与照明和快门脉冲之间理想/期望/预期相位差的偏差。“实际”的电脉冲(例如,ACT1和ACT2)被作为输入提供给专门电路(例如,相位检测器210和相位检测212),以测量具有预定参考脉冲(例如,分别REF1和REF2)实际的脉冲的相位差。参考脉冲(例如,REF1和REF2)可以代表具有已知/预定相位差的理想/期望/预期脉冲。换而言之,第一参考电脉冲REF1和第二参考电脉冲REF2可以代表具有预定相位差的期望电脉冲。
[0024] 一旦相位差/误差被测量(相对于参考脉冲),专用电路(例如,相位调整器214和相位调整216)可以实施相位校正算法,以调整由定时发生器208生成的脉冲输出OUT1和OUT2,用于驱动实际和参考脉冲之间的相位差/误差为零。
[0025] 在一些实施例中,专用电路可以包括第一补偿电路,用于基于第一实际电脉冲(例如,ACT1)和第一参考电脉冲(例如,REF1)而调整被提供给驱动光源的驱动器的第一输出电脉冲(例如,OUT1),以及第二补偿电路,用于基于所述第二实际电脉冲(例如,ACT2)和第二参考电脉冲(例如,REF2)而调整被提供给电子快门驱动器的第二输出电脉冲(例如,OUT2)。第一补偿电路可以实施第一相位校正算法,以调整被提供给照明器206的第一输出电脉冲(例如,OUT1)并驱动所述第一实际电脉冲(例如,ACT1)更接近第一参考电脉冲(例如,REF1)。第二补偿电路可以实施第二相位校正算法,以调整被提供给快门驱动器204的第二输出电脉冲(例如,OUT2)并驱动所述第二实际电脉冲(例如,ACT2)更接近所述第二参考电脉冲(例如,REF2)。
[0026] 本领域的技术人员将理解,实施不同技术用于测量脉冲的相位误差(这可引起距离确定的错误的误差)的其他合适系统也可由本公开设想。 系统的不同变化结合图3和4所示。
[0027] 用于调整脉冲输出的相位的控制回路
[0028] 如示于图2,主动补偿方案感测实际的电脉冲,并使用所检测的脉冲作为主动反馈,以控制驱动该照明器和快门驱动器的输出脉冲。因此,主动补偿方案可以看作是控制环,特别是闭环控制回路,用于驱动输出脉冲以减少飞行时间系统的相位对准误差。输出脉冲基于由相位检测器检测到的相应错误而进行动态调整。为了保证系统的稳定性,封闭控制回路可以实现过滤器,所述过滤器可控制主动补偿方案如何快速校正由相位检测器检测到的错误。
[0029] 图3示出根据本公开的一些实施例,用于向飞行时间的相机的相位对准误差提供主动补偿的另一示例性系统。在这个例子中,第一过滤器302被添加在相位检测器210和相位调整器214之间,和第二过滤器304添加在相位检测器212和相位调整器216之间。第一过滤器302可以接收第一时间常数TC1;第二滤波器302可以接收第二时间常数TC2。第一和第二时间常数可以被预编程(例如,在启动时或在工厂)。在一些情况下,第一和第二时间常数可以由用户指定,或者由飞行时间的相机的其它电路指定。
[0030] 过滤器可以基于各个时间常数平均和/或整合相位检测误差输出(如,相位误差),以使得可以控制闭合控制回路的响应时间。例如,基于所述时间常数,每当更新相位误差时,该过滤器可以控制如何快速地更新相位调整参数(由相位调整214和216用于调整输出脉冲的定时)。滤波器和时间常数有利地保证输出脉冲的相位调整不会过急或很快发生(即,使控制回路震荡),并确保输出脉冲的相位调整不太慢发生。对于其中单一的脉冲周期对于输出脉冲为约100纳秒的系统,与时间常数相关联的响应时间可以是几百纳秒到微秒到毫秒范围内。
[0031] 产生脉冲输出的一般控制回路
[0032] 图4显示根据本公开的一些实施例,用于向飞行时间的相机的相位 对准误差提供主动补偿的另一示例性系统。该图显示用于产生脉冲输出的控制回路的模型,例如OUT1和OUT2。该系统包括用于主动补偿飞行时间的相机的相位对齐误差的电子电路,包括照明器206和快门驱动器204。该电路包括控制回路的反馈路径中的第一主动补偿电路402,用于照明器206。第一主动补偿电路402包括第一比较器电路410和第一致动器电路412。该电路还包括控制回路的反馈路径的第二主动补偿电路404,用于快门驱动器204。第二主动补偿电路的404包括第二比较器电路420和第二致动器电路422。
[0033] 第一比较电路410感测在照明器206的第一实际电脉冲ACT1,并确定第一实际电脉冲ACT1和第一参考电脉冲REF1之间的第一相位误差。第一相位误差可以包括第一实际电脉冲ACT1和第一参考电脉冲REF1之间的相位或定时的第一差值。第二比较电路420感测在快门驱动器204的第二实际电脉冲ACT1,并且确定所述第二实际电脉冲ACT2和第二参考电脉冲REF2之间的第二相位误差。第二相位误差包括所述第二实际电脉冲ACT2和第二参考电脉冲REF2之间的相位或定时的第二差值。如果第一参考电脉冲REF1和第二基准值REF2代表两个脉冲具有期望/理想/预定相位差,所述比较器电路将确定实际脉冲的相位是否与基准脉冲相匹配,以确定相位误差。
[0034] 根据第一相位误差,第一致动器电路412产生被提供给照明器206的第一输出电脉冲OUT1,基于所述第一相位误差;基于第二相位误差,第二致动器电路422产生被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲OUT2,基于所述第二相位误差。致动器电路可以基于所述相位误差(如果有的话)生成精确定时的脉冲,并且基于所述相位误差动态地调整精度定时脉冲的相位,以使相位误差可被驱动到零或减少。具体地讲,第一致动器电路412可以自适应地调整被提供给照明器206的第一输出电脉冲OUT1以驱动第一相位误差为零,并且第二致动器电路422可以自适应地调整被提供给快门驱动器204的第二输出电脉冲OUT2以驱动第二相位误差为零。
[0035] 为了确保控制回路的稳定和所需操作,第一致动器电路412可以包括第一可编程的时间常数TC1,用于在使用所述第一相位误差调整第一输出电脉冲之前过滤该第一相位误差,并且第二致动器电路可以包括第二可编程时间常数TC2,用于在利用第二相位误差调整所述第二输出电脉冲之前过滤所述第二相位误差。基于定时常数,滤波可以包括平均和/或整合。
[0036] 在一些实施例中,图4所示的电子电路还包括脉冲发生器480,被配置成产生具有预定定时或相位差的第一参考电脉冲REF1和第二参考电脉冲REF2,用于确定与由发光器206照射的对象相关联的距离信息。
[0037] 示例的主动补偿方法
[0038] 图5示出根据本发明的一些实施例,示出用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准误差的方法的流程图,其包括照明器和快门驱动器。下列信号的参考对应于在图2-4描述/所示。该方法包括:感测在照明器的第一实际电脉冲ACT1(任务502),和感测在快门驱动器的第二实际电脉冲ACT2(任务504)。该方法还包括调整如下的一个或多个(任务506):基于第一实际电脉冲ACT1和第一参考电脉冲REF1被提供给照明器的第一输出电脉冲OUT1,和基于所述第二实际电脉冲ACT2和第二参考电脉冲REF2调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲OUT2。
[0039] 调整第一输出电脉冲OUT1包括:使用相位检测器比较第一实际电脉冲ACT1与第一参考电脉冲REF1以确定第一相位误差,并且基于所述第一相位错误调整照明器的第一输出电脉冲OUT1。调整所述第二输出电脉冲OUT2包括:使用相位检测器比较第二实际电脉冲ACT2与第二参考电脉冲REF2以确定第二相位误差,以及基于第二相位错误调整快门驱动器的第二输出电脉冲OUT2。
[0040] 在主动补偿方案中,调整第一输出电脉冲OUT1包括:调整所述第一输出电脉冲OUT,以将所述第一实际电脉冲ACT1和第一参考电脉冲REF1之间第一相位误差驱动至零或减小第一相位误差。在一些实施例 中,调整所述第一输出电脉冲OUT1包括:确定第一实际电脉冲ACT1和第一参考电脉冲REF1之间的第一相位误差,和在使用第一相位误差调整第一输出的电脉冲OUT1之前,根据第一反馈回路的第一时间常数TC1过滤第一相位误差,所述第一反馈回路具有所述第一实际电脉冲ACT1作为反馈信号。
[0041] 以类似的方式,调整所述第二输出电脉冲OUT2包括:调整所述第二输出电脉冲OUT2以将第二实际电脉冲ACT2和第二参考电脉冲REF2之间第二相位误差驱动到零或降低第二相位误差。在一些实施例中,调整所述第二输出电脉冲OUT2包括:确定第二实际电脉冲ACT2和第二参考电脉冲REF2之间的第二相位误差,并使用第二相位误差调整所述第二输出电脉冲OUT2之前根据第二时间的第二反馈回路的恒定TC2过滤第二相位误差,第二反馈回路具有第二实际电脉冲ACT2作为反馈信号。
[0042] 用于感测所述照明脉冲的示例性电路
[0043] 图6示出根据本公开的一些实施例,对于反馈具有电脉冲输出的示例性照明器设计。该设计包括晶体管装置M1,其栅极通过脉冲输出驱动被提供给照明器(从定时发生器),例如,图2-4的OUT2。照明器设计包括二极管D1,当二极管D1打开时,其能为飞行时间的相机发出光。当晶体管设备M1关闭时,电容器C1被充电,因为贮库电压积聚在电容器C1的正端。在节点N1的电压也为“高”。当脉冲(例如,OUT2)到达并且接通晶体管装置M1(例如,功率场效应晶体管)上,二极管D1看起来像短路(低电阻),和大量的电荷从电容器C1放电和倾倒作为通过二极管D1的电流,以及光由D1射出。
[0044] 为了感测在照明器的实际电脉冲,它能够提取在节点N1的电压,用来作为在所述照明器的“实际”电脉冲,例如,图2-4的ACT1。当二极管D1由定时发生器提供的脉冲导通时,电压在节点N1被下拉到地,由于电阻元件R2和电容器C1放电。其结果是,响应于传入正脉冲(OUT1),在节点N1上的电压将具有负脉冲(ACT1)。负脉冲(ACT1)可以主动地用于补偿相位误差的主动反馈。
[0045] 如图6所示,第一实际电脉冲(ACT1)包括在照明器的电路节点(例如,节点N1)感测的电脉冲,并所述第一实际电脉冲(ACT1)将代表接通照明器中光源的脉冲(例如,二极管D1)。本公开可设想:其他电路架构可以用于照明设计。根据电路结构,其它合适的节点可以用于在所述照明器提供“实际”电脉冲用于主动反馈。值得注意,一些节点可以更准确于提供在所述照明器的“实际”电脉冲,其精度由“实际”或感测到的电脉冲的定时如何接近二极管打开的实际时间确定。节点的选择可因此取决于“实际”电脉冲的准确性以及使用或耦合到特定节点的便利,用于对于给定系统提供“实际”电脉冲。
[0046] 在一些实施例中,感测所述第二实际电脉冲(ACT1)包括:使用照明器中的光敏元件感测由光源发出的光(例如,光电二极管或与光源和驱动光源的驱动电路共存的类似光敏传感器)。响应于感测由所述光源发出的光,光敏元件可产生电脉冲作为第一实际电脉冲(ACT1)。光敏元件优选地未设置有所述图像传感器。理想地,光敏感元件也可以位于非常接近照明中的光源,从而可以产生非常精确的实际电脉冲。
[0047] 样本特征
[0048] 示例1是用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准错误的方法,其包括照明器和快门驱动器。该方法包括:感测在所述照明器的第一实际电脉冲;感测在快门驱动器的第二实际电脉冲;基于所述第一实际电脉冲与第一参考电脉冲,调整被提供给照明器的第一输出电脉冲;和基于所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲,调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲。
[0049] 示例2是示例1的方法,其中调整第一输出电脉冲包括:使用相位检测器,比较第一实际电脉冲和第一参考电脉冲,以确定第一相位误差;以及基于所述第一相位误差,调整用于照明器的第一输出电脉冲。
[0050] 示例3是示例1的方法,其中,调整所述第二输出电脉冲包括:使用相位检测器,比较第二实际电脉冲和第二参考电脉冲,以确定第二相 位误差;以及基于第二相位误差,调整快门驱动器的第二输出电脉冲。
[0051] 示例4是根据示例1的方法,其中,感测所述第一实际电脉冲是使用图6中所示的设计执行的。
[0052] 示例5是根据示例1的方法,其中,所述相位检测器被配置为确定两个输入信号脉冲之间相位或定时的差,或两个输入信号脉冲之间的时间差。
[0053] 示例6是根据示例1的方法,其中,调整所述第一输出电脉冲包括减少第一实际电脉冲与第一参考电脉冲之间的第一相位误差。
[0054] 示例7是根据示例1的方法,其中,调整所述第二输出电脉冲包括减少第二实际电脉冲和第二参考电脉冲之间的第二相位误差。
[0055] 示例8是用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准错误的装置,其包括照明器和快门驱动器。该装置包括:装置,用于感测在所述照明器的第一实际电脉冲;装置,用于感测在快门驱动器的第二实际电脉冲;装置,用于基于所述第一实际电脉冲和第一参考电脉冲而调整提供给所述照明器的第一输出电脉冲;以及,装置,用于基于所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲,调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲。
[0056] 示例9是根据示例8所述的装置,包括用于实现示例1-7的任何一种。
[0057] 示例10是用于主动补偿飞行时间的相机的相位对准错误的装置,其包括照明器和快门驱动器。该装置包括:第一感测电路,用于感测在所述照明器的第一实际电脉冲;第二感测电路,用于感测在快门驱动器的第二实际电脉冲;第一补偿电路,基于第一实际电脉冲与第一参考电脉冲,调整被提供给所述照明器的第一输出电脉冲;第二补偿电路,基于所述第二实际电脉冲和第二参考电脉冲,调整被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲。
[0058] 示例11是可以进一步包括用于示例1-7中的任一项的装置。
[0059] 变化和实现
[0060] 图4(以及图2-3)中所示的系统示出动态和主动补偿方案,这是不将与工厂校准或蛮力解决方案混淆。工厂校准或蛮力解决方案不涉及测量电流相位误差,并积极补偿这样的错误。
[0061] 主动补偿方案可周期性地进行(其中,控制循环每个周期执行一次迭代)。在一些情况下,主动补偿方案可以响应于用户的信号被接通。在一些情况下,主动补偿方案重复和连续地执行(在背景中在操作期间)。
[0062] 本文所描述的一些实施例涉及基于电子的方案检测在照明器的脉冲(即,感测在照明器的电路节点中的电信号),其区分于光学方案(即,使用光敏元件,以产生实际电脉冲)。在一些情况下,电子的解决方案是优选的,因为电子的解决方案可避免需要具有这种参考传感器或图像传感器的像素
[0063] 同样重要的是要注意,本文中所描述的实施例涉及调节:(1)被提供给照明器的第一输出电脉冲和(2)被提供给快门驱动器的第二输出电脉冲。然而,本领域技术人员应该理解,在一些实施例中,(1)和(2)中只有一个进行调节。有可能在某些情况下,(1)和(2)中的一个不表现出显著歪斜(或预期为相对准确),因此,相位不进行调整。这样的实施例还由本公开设想。
[0064] 本发明不限于具有单个快门驱动器/图像传感器和单个照明的飞行时间的系统。飞行时间的系统可以包括多个快门驱动器/图像传感器,和/或多个照明。这些系统仍然受损于本文所描述的相位对准误差。因此,相应的电路可以提供用于多个快门驱动器/图像传感器和/或多个照明,以减少并主动补偿相位对准误差。
[0065] 相位检测器和/或比较器电路的实现不是微不足道的。快门驱动器和照明器中的电路和实际电脉冲可以是非常不同的,因为快门驱动器和照明器是非常不同的子系统(例如,不同的电压、信号的形状、工艺技术、等等)。实际的电脉冲可能不一定是和参考电脉冲相同种类的信号。电子地,这些差异使得难以比较实际电脉冲和参考电脉冲,并提取两种不同 的信号之间的相位误差。在实际电脉冲比较参考电脉冲之前,实际电脉冲可以被成形、缩放、调整用于增益差异,等等。在某些情况下,相位检测器和/或比较器电路被实现以提取两个非常不同种类的输入信号的边缘信息,以确定相位误差。例如,相位检测器和/或比较器电路可以包括阈值检测器和逻辑电路来提取边缘信息。
[0066] 在一些实施例中,可以通过脉冲发生器或时序发生器产生具有所需相位差的基准电脉冲。在一些其他实施例中,飞行时间的系统的一条路径的实际电脉冲可以作为飞行时间的系统的另一路径的参考电脉冲,由于脉冲的绝对时间对于飞行时间的系统的准确度不是重要的,相对定时(相位差)影响飞行时间的系统的准确度。因此,相位检测器和/或比较器电路可以比较这两个信号,以确定这两个信号之间的相位差是否正确,或者关闭,或者由一些相位误差提供了理想的相位差偏离。例如,在快门驱动器的第二实际电脉冲可用于或用作第一参考电脉冲,与照明器的第一实际电脉冲进行比较。在另一示例中,在照明器的第一实际电脉冲可以用作第二参考电脉冲,与在快门驱动器的第二实际电脉冲进行比较。
[0067] 在某些情况下,本文所讨论的特征可以适用于许多系统,其中理想的是确定物体的距离。示例性系统包括运动器材、军事装备、汽车系统、医疗系统、科学仪器、雷达、工业过程控制,以及可以利用准确的飞行时间的相机的任何合适系统。而且,上面讨论的某些实施例可以置备在用于医疗成像、病人监护、医疗仪器和家庭医疗保健的技术中。其他应用可涉及汽车技术的安全系统(例如,稳定控制系统、驾驶辅助系统、制动系统、信息娱乐和任何类型的内部应用)。例如,驾驶辅助系统使用飞行时间,以确定道路上其他人、车或物体的距离。距离判断的准确度是非常重要的,因为几厘米可以引起冲突。在又其他示例方案中,本公开的教导可以适用于工业市场,包括过程控制系统,以帮助驱动生产率、能源效率和可靠性。在消费者应用中,上面讨论的信号处理电路的教导中可用于人机界面、游戏、图像处理、自动聚焦等。描述的技术可以容易地成为智能电话、平板、安全系统、个人电脑、游戏技术、虚拟现实、 模拟训练等的部分。
[0068] 另外,在上述各实施例的讨论中,电容器、时钟、DFF、分频器、电感器、电阻器放大器开关、数字核心、晶体管和/或其他组件可以容易地被替换、取代或以其它方式修改,以适应特定的电路需求。此外,应当注意:使用补充的电子设备、硬件软件等提供本公开内容的教导同样可行的选择。
[0069] 虽然本公开内容/权利要求中描述了使用NMOS晶体管器件的实现方式,但可以设想,使用PMOS晶体管(p型金属化物半导体晶体管)或等效双极结晶体管的互补构造(双极结型晶体管)也可以替换一个或多个NMOS晶体管(或晶体管器件),以提供所公开的电压缓冲器。由本领域技术人员应理解:晶体管设备可概括为具有三个(主)端子的设备。此外,可以由本领域技术人员理解:在运行期间,晶体管设备可具有对应于诸如NMOS、PMOS、NPN BJT、PNP BJT设备(和任何其它等效的晶体管设备)晶体管的特征行为。例如,本公开内容/权利要求涵盖其中所有的NMOS设备由PMOS设备代替的实现。与本文所公开的使用NMOS设备(V+和地被交换)相比,使用PMOS设备的电路将被配置在“颠倒”的方式。多种实现相当于使用NMOS晶体管设备,因为不同的实施方式将以大致相同的方式执行,得到基本上相同的结果基本上产生相同功能。
[0070] 对于本领域的普通技术人员,互补或等效的配置(使用代替NMOS晶体管的BJT)将被认为是与本文所述使用的NMOS晶体管可以互换。例如,当本公开内容/权利要求中提到了金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)设备的“漏极”时,公开内容/权利要求也涵盖等效的实现,其中“漏极”对应于BJT的“集电极”。这同样适用于MOSFET的“源极”对应于BJT的“发射极”,并且MOSFET的“栅极”对应于BJT的“基极”。“源极跟随器”设备可对应于“发射极跟随器”的设备,等等。
[0071] 用于相位误差补偿活性的飞行时间的相机各种装置的零件可包括专用电子电路来执行这里描述的功能。在某些情况下,可以通过专门配置 用于执行此处描述的功能的处理器来提供所述装置的一个或多个部分。例如,该处理器可以包括一个或多个特定应用程序组件,或者可以包括被配置为执行所述功能的在此描述的可编程逻辑门。该电路可以在模拟域、数字域或混合信号域中操作。在一些情况下,所述处理器可以被配置为通过执行非临时性计算机平台上存储的一个或多个指令而执行在此描述的功能。
[0072] 在一个示例实施例中,图的任何数量的电路可在相关联的电子设备的电路板来实现。该板可以是用于飞行时间的系统产生的电路板,可容纳电子设备的内部电子系统的各种组件的电路板,并进一步为其他外围设备提供连接器。更具体地,板可提供电连接,通过其该系统的其它部件可电通信。根据特定配置的需求,处理需求,计算机设计等,任何合适的处理器(包括数字信号处理器,微处理器,芯片组支持等)、计算机可读的非临时性存储元件等可以适当地耦合到电路板。其它部件(诸如,外部存储、另外的传感器、用于音频/视频显示器的控制器以及外围设备)可以通过电缆被连接到板的插入式卡,或集成到基板本身。在各种实施例中,本文描述的功能可以以仿真的形式被实现为在一个或多个可配置(如可编程)元件上运行的软件或固件,所述元件布置在支持这些功能的结构中。提供所述仿真的软件或固件可以提供在非临时性计算机可读存储介质上,所述介质包括指令以允许处理器执行这些功能。
[0073] 在另一示例实施例中,附图的电路可以被实现为单独的模(例如,具有相关联的设备元件和电路被配置为执行特定的应用程序或功能)或实施作为插入式模块插入电子设备的应用特定硬件。需要注意,本公开的具体实施例可以部分或全部容易地包含在系统级芯片(SOC)包中。SOC表示集成计算机或其它电子系统的组件到单个芯片的集成电路。它可包含数字、模拟、混合信号以及经常射频功能:所有这些可设置在单个芯片衬底上。其他实施例可以包括多芯片模块(MCM),多个单一IC位于单个电子封装内并配置成通过电子封装彼此紧密相互作用。在各种其它实施例中,本文描述的各种功能可以实施在特定应用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、其他的半导体芯片或它们的组合中的一个或多个半导体芯(诸如,芯)中。
[0074] 此外,还必须要注意的是所有的规格,尺寸,且本文所概述的关系(例如,处理器,逻辑运算,数量等)只被提供用于示例的目的,仅教学。该信息可以变化相当大,而不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围(如果有的话)。规格只适用于非限制性实例,因此,它们应被理解为这样。在前面的描述,示例实施例已经描述参考特定的处理器和/或部件的安排。可以对这样的实施例进行各种修改和改变,而不脱离本公开的范围或所附权利要求的范围(如果有的话)。说明书和附图相应地应被视为说明性的而不是在限制性的意义。
[0075] 注意,本文所提供的许多实施例,相互作用可以两个、三个、四个或更多个电部件来描述。但是,这项工作已经完成仅用于清楚和示例。应当理解,该系统可以任何合适的方式进行合并。沿着类似的设计替代方案,任何示出的组件、模块和附图的元件可以以各种可能的配置相结合,所有这些都清楚在本说明书的范围之内。在某些情况下,仅参考数量有限的电气元件可更容易地描述给定流程集合的一个或多个功能。应当理解,附图的电路和其教导是容易可扩展的,并且可以容纳大量的组件,以及更复杂/精密的安排和配置。因此,所提供的示例不应该限制或抑制电路的广泛教导的范围为可应用于其它无数结构。
[0076] 此外,注意,提及在“一个实施例”、“示例实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“一些实施方案”、“各种实施例”、“其他实施例”、“替代实施例”等中包含的各种特征(例如,元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)旨在表示:任何这样的功能都包含在本公开的一个或多个实施例中,但可或可不一定要在同一实施例组合。
[0077] 同样重要的是要注意,相位误差相关的主动补偿的功能或方法步骤仅示出了可由或在图中所示的系统内执行的一些可能的功能。在适当情况下,其中的一些操作可被删除或移除,或者这些操作可以被修改或改变很大,而不脱离本公开的范围。另外,这些操作的定时可以大大改变。 已经提供前面的操作流程用于示例和讨论的目的。极大的灵活性通过在此描述的实施例提供,在于任何合适的布置、年表、配置和定时机制可在不脱离本公开的教导的情况下提供。
[0078] 许多其它改变、替换、变化、改变和修改可以对于本领域技术人员确定,目的在于本发明包括所有这样的改变、替换、变化、改变和修改,为落入本公开的范围内,或所附权利要求的范围(如果有的话)内。需要注意:上面描述的装置的所有可选特征也可以相对于本文描述的方法或处理实施,并且示例中的细节可在一个或多个实施例中用于任何地方。
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