專利名稱：3d照相機(jī)及其選通方法
3D照相機(jī)及其選通方法領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于獲取場景的3D圖像的方法和裝置。背景能夠向它們所成像的對象和對象上的各點提供距離測量的三維(3D)光學(xué)成像系 統(tǒng)(此后稱為“3D照相機(jī)”)被用于許多不同的應(yīng)用中。這些應(yīng)用有制成品的輪廓檢查、CAD 驗證、機(jī)器人視覺、地理勘測、以及根據(jù)距離選擇性地對對象進(jìn)行成像。一些3D照相機(jī)向它們所成像的場景中的對象的基本上所有的點提供同時測量。 一般而言，這些3D照相機(jī)包括諸如激光器等光源和選通成像系統(tǒng)，該光源是脈沖式的或快 門式的使得它提供用于照亮被成像的場景的光脈沖，該選通成像系統(tǒng)用于對從該場景中的 對象反射的來自各光脈沖的光進(jìn)行成像。選通成像系統(tǒng)包括具有諸如CCD或CMOS光敏表 面(此后稱為“光敏面”)等光敏面的照相機(jī)和諸如光學(xué)快門或選通圖像增強(qiáng)器等用于對照 相機(jī)的打開和關(guān)閉進(jìn)行選通的選通裝置。反射光只有在照相機(jī)被選通為打開時到達(dá)照相機(jī) 時才會被記錄(register)在照相機(jī)的光敏面的各個像素上。為了對場景進(jìn)行成像并且確定從照相機(jī)到該場景中的各對象的距離，通常使用從 光源輻射的一系列光脈沖來照亮該場景。對于該系列中的每一輻射光脈沖，根據(jù)從輻射出 該光脈沖的時間準(zhǔn)確地確定的延遲，在此后稱為“門”的一段時間內(nèi)將照相機(jī)選通為打開。 如果來自從場景中的對象反射的光脈沖的光在該門期間到達(dá)照相機(jī)，則它在照相機(jī)的光敏 面上成像。因為輻射出光脈沖與隨后的門之間流逝的時間是已知的，所以被成像的光從光 源行進(jìn)到該場景中的反射對象并回到照相機(jī)所花費的時間是已知的。所流逝的時間被用來 確定到該對象的距離。在一些“選通” 3D照相機(jī)中，只使用光脈沖與門之間的定時來確定從3D照相機(jī)到 場景中的在該照相機(jī)的光敏面的一個像素上成像的一個點的距離。換言之，在照相機(jī)被選 通為打開期間像素所記錄的光的量也被用來確定該距離。這些3D照相機(jī)所進(jìn)行的測量的 準(zhǔn)確度是光脈沖的上升和下降時間及其平直度和照相機(jī)可被選通為打開和關(guān)閉得有多快 的函數(shù)。選通3D照相機(jī)和其用途的示例在歐洲專利EP1214609和美國專利6，057，909,US 6，091,905、US 6, 100,517以及US 6，445，884中找到，它們的公開通過引用結(jié)合與此。在 這些專利中描述的照相機(jī)使用照相機(jī)中的像素在照相機(jī)被選通為打開的時間期間所記錄 的光的量來確定到場景的連續(xù)片中的特征的距離。片位置和空間寬度是由照相機(jī)被選通為 打開的門的長度和定時相對于被發(fā)射來照亮場景的光脈沖的脈沖長度和定時來定義的。一般而言，使用至少兩個門來獲取場景的一片的3D圖像，其中為至少一個相對長 的門以及至少一個相對短的門，“前”或“后”門在時間上分別與該至少一個長門的前部分或 后部分相對應(yīng)。相對于發(fā)射光脈沖以照亮場景的時間，前門在長門開始的相同時間開始且 后門在長門結(jié)束的相同時間結(jié)束。短門可任選地具有等于用來照亮場景的光脈沖的脈沖寬 度的門寬度，并且長門具有等于兩倍于該光脈沖寬度的脈沖寬度。照相機(jī)中的對場景的特 征進(jìn)行成像的像素在該至少一個短門期間所記錄的光的量被規(guī)范化成該像素在該至少一個長門期間所記錄的光的量。經(jīng)規(guī)范化的所記錄的光的量被用來確定到該特征的距離。用于獲取場景的3D圖像的數(shù)據(jù)的總獲取時間基本上等于該場景的被成像的片的 數(shù)量乘以獲取單個片的3D數(shù)據(jù)所需的時間，即“片獲取時間”。片獲取時間是記錄足以提供 用于確定到位于該片中的場景特征的距離的數(shù)據(jù)的各門的光的量所需的光脈沖和門的數(shù) 量的函數(shù)。使用脈沖式照明源和選通成像系統(tǒng)的3D照相機(jī)在S. Chr i s t i e等人在測量 科學(xué)與技術(shù) 6(1995 年 9 月)的第 1301-1308 頁的 “Design and Development of a Multi-detecting two Dimensional Ranging Sensor (^PJF 發(fā))”中和在 Yates 等人在 SPIE 第 269 卷第 374-385 頁的“fcinge-gated Imaging for Near Field Target Identification(用于近場目標(biāo)標(biāo)識的范圍選通的成像)”中描述，它們通過 引用結(jié)合于此。另一 3D照相機(jī)在Medina的美國專利5，081，530中描述，其通過引用結(jié)合于此。在 該專利中描述的3D照相機(jī)記錄從目標(biāo)反射的在一對門的每一個門期間到達(dá)照相機(jī)的成像 系統(tǒng)的光脈沖中的能量。到目標(biāo)的距離是從在這兩個門中的每一個期間所記錄的能量之間 的差與在這兩個門中的每一個期間所記錄的能量的總和的比率來確定的。概述本發(fā)明的各實施例的一方面涉及提供用于對提供用于場景的3D圖像的相對短的 獲取時間的選通3D照相機(jī)進(jìn)行選通的選通過程。本發(fā)明的各實施例的一方面涉及提供用于提供場景的3D圖像的門的配置，對于 給定寬度的照亮該場景的光脈沖，該門提供該場景的具有相對大的空間寬度的各片的3D 數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一實施例提供了一種獲取場景的3D圖像的方法，該方法包 括在發(fā)射時間發(fā)射至少一個光脈沖以照亮該場景；在多組門期間將該場景所反射的來自 該至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏面上，每一組門包括具有開始和停止時間的至少 一個第一、第二和第三門，并且相對于該至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間，該至少一個第 一門和該至少一個第二門的開始和停止時間處于該至少一個第三門的開始和停止時間之 間，其中對于該組門中的至少一組，該至少一個第三門具有大約等于該組門中的另一組的 至少一個第三門的停止時間的開始時間；以及使用在光敏面上成像的反射光的量來確定到 該場景的距離?？扇芜x地，第二門的開始時間基本上等于第一門的停止時間?？扇芜x地，第一門的 開始時間相對于第三門的開始時間延遲了該至少一個光脈沖的脈沖寬度?？扇芜x地，第一 和第二門具有相等的門寬度?？扇芜x地，第一和第二門的門寬度等于該至少一個光脈沖的 脈沖寬度的一半。可任選地，第三門的門寬度基本上等于該至少一個光脈沖的三倍脈沖寬度。在本發(fā)明的一些實施例中，如果從在一組門的至少一個第一、第二和第三門期間 被成像的特征所反射的光的量分別由QpA、^表示，并且至少一個第一門的開始時間由、 表示，則如果A興0或( 興0，則到該特征的距離Df根據(jù)下式確定如果A (η)彡 Α(η)，則 Df =τ )[ (QfQ2)/Q3-I]/2，以及如果仏(η) > Q2 (η) JJDf =。、/2+(。Δ τ) [l-(A+Q2)/Q3]/2，
其中c是光速且Δ τ是該至少一個光脈沖的脈沖寬度。作為補充或替換，如果從在一組門的至少一個第一、第二和第三門期間被成像的 特征所反射的光的量分別由Q” Q2、Q3表示，至少一個第三門的開始時間由t3表示，并且來 自由其他一組門的至少一個第三門所成像的特征的光的量由Q*3表示，則如果仏=Q2 = 0, ( 乒0且Q*3乒0，則根據(jù)下式確定到該特征的距離DfDf = ct3/2- (c Δ τ pw) (Q3 (η) / (Q3+Q*3)) /2，或者Df = ct3/2- (c Δ τ pw) (1-Q*3/ (Q3+Q*3)) /2，其中c是光速且Δ τ是該至少一個光脈沖的脈沖寬度。在本發(fā)明的一些實施例中，至少一個第三門的開始時間比其他一組門的至少一個 第三門的停止時間早一定時間段，該時間段小于或等于該至少一個光脈沖的脈沖寬度的大 約二十分之一。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還提供了一種獲取場景的3D圖像的方法，該方法包括 在發(fā)射時間發(fā)射至少一個光脈沖以照亮該場景；在具有開始和停止時間的多個等長的門期 間將該場景所反射的來自該至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏面上，并且相對于該至 少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間，至少一個第一門的開始時間基本上是至少一個第二門的 開始和停止時間之間的一半處的時間；以及使用在該至少一個第一門和該至少一個第二門 期間在光敏面上成像的反射光的量來確定到該場景的特征的距離?？扇芜x地，這些門具有基本上等于兩倍于該至少一個光脈沖的脈沖寬度的門寬 度。作為補充或替換，如果至少一個第一門的開始時間和從在該至少一個第一門期間 被成像的特征所反射的光的量分別由、和％表示，并且對于至少一個第二門分別由t2和 Q2表示，則根據(jù)下式確定到該特征的距離Df如果％ 彡 Q1，則 Df = (ctn/2) +c Δ τ (Q2ZQ1) /2，以及如果Q1 ( Q2，貝丨J Df = (ct2/2)+cA τ (1-(Q1ZQ2))/2,其中c是光速且Δ τ是該至少一個光脈沖的脈沖寬度。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還提供了一種獲取場景的3D圖像的方法，該方法包括 在發(fā)射時間發(fā)射具有某一脈沖寬度的至少一個光脈沖以照亮該場景；在一組門期間將該場 景所反射的來自該至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏面上，該一組門包括具有開始和 停止時間的至少一個第一、第二和第三門，并且相對于該至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時 間，每一第一門和每一第二門的開始和停止時間處于同一第三門的開始和停止時間之間； 以及使用在光敏面上成像的反射光的量來確定到該場景的距離?？扇芜x地，第一門具有相對于第三門的開始時間大約延遲了脈沖寬度的開始時 間。作為補充或替換，第二門具有比至少一個第三門的停止時間大約早了脈沖寬度的停止 時間。在本發(fā)明的一些實施例中，第一門具有大約等于脈沖寬度的一半的門寬度。在本發(fā) 明的一些實施例中，第二門具有大約等于脈沖寬度的一半的門寬度。在本發(fā)明的一些實施 例中，第三門具有大約等于三倍脈沖寬度的門寬度?？扇芜x地，第一和第二門具有等于脈沖寬度的一半的門寬度，并且第三門具有大 約等于三倍脈沖寬度的門寬度，其中如果從在至少一個第一、第二和第三門期間被成像的 特征所反射的光的量分別由Qp Q2> Q3表示，并且第一門的開始時間由、表示，則根據(jù)下式確定到該特征的距離Df如果％ 彡 Q1，則 Df = ct/2+ (c Δ τ ) _3-1) /2 ；以及如果Q1 > Q2，貝丨J Df = ctXcA τ ) (I-QAj3)/2，其中c是光速，Δ τ是該至少一個光脈沖的脈沖寬度，且Q = (Q^Q2)。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，還提供了一種可用于獲取場景的3D圖像的照相機(jī)，包 括可選通光敏面；以及根據(jù)本發(fā)明的一實施例來選通該光敏面的控制器。可任選地，該照 相機(jī)包括可控制來使用光脈沖照亮該場景的光源。附圖簡述以下參考本文所附的在本段后列出的各個附圖來描述本發(fā)明的各實施例的非限 制性示例。在不止一個附圖中出現(xiàn)的相同的結(jié)構(gòu)、元素或部件通常在它們出現(xiàn)的所有圖中 用相同的數(shù)字來標(biāo)記。附圖中所示的組件的尺寸和特征通常是為了方便和清楚呈現(xiàn)而選擇 的，并且不一定按比例顯示。

圖1示意性地示出用于獲取場景的3D圖像的選通3D照相機(jī)；圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示出照相機(jī)的門的時間配置的時間-距離圖表和被用來 獲取圖1中示出的場景的3D圖像的照亮了該場景的至少一個光脈沖；圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示出確定到場景中的特征的距離時的模糊性的時間-距 離圖表；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的示出用于消除圖3所示的模糊性的門的時間配 置的時間-距離圖表；圖5示意性地示出選通照相機(jī)提供其3D數(shù)據(jù)的場景和該場景的各個片；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的用圖表示出被用來使用圖4中示出的選通配置 以獲取圖5中示出的場景的多個片的3D數(shù)據(jù)的門的定時的時間-距離圖表；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的用圖表示出被用來獲取場景的多個片的3D 數(shù)據(jù)的門的定時的時間-距離圖表；圖8示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用圖表示出被用來獲取場景的3D數(shù)據(jù)的門的另一定時 配置的時間-距離圖表；圖9示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用圖表示出被用來獲取場景的3D數(shù)據(jù)的門的又一定時 配置的時間-距離圖表；圖10示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用圖表示出如圖9所示地配置的被用來獲取場景的多 個片的3D數(shù)據(jù)的門的定時的時間-距離圖表；以及圖11示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的用圖表示出被用來獲取場景的多個片的3D 數(shù)據(jù)的門的定時的時間-距離圖表。詳細(xì)描述圖1示意性地示出被用來獲取具有由對象31和32示意性地表示的對象的場景30 的3D圖像的選通3D照相機(jī)20。完全示意性地表示的照相機(jī)20包括由鏡頭21表示的鏡頭系統(tǒng)和具有像素23的 光敏面22，鏡頭系統(tǒng)將場景成像在像素上。光敏面22是“可選通”的，以便它可以被選擇 性地選通打開或關(guān)閉以使得它在所需時間段內(nèi)分別對光敏感或不敏感。可任選地，光敏 面中的像素是可獨立地選通的。由快門選通的光敏面在美國專利6，057，909、6，327，073、6，331，911以及6，794，628中描述，它們的公開通過引用結(jié)合于此。具有可獨立地選通的像 素的光敏面在PCT公開W000/36372中描述，其描述了具有可獨立地選通的像素的光敏面。 “門”指的是光敏面或光敏面中的像素被選通打開并變得對光敏感的時間段。為方便呈現(xiàn)， 假定光敏面22中的所有像素23被同時選通打開或關(guān)閉。照相機(jī)20可任選地包括可控制 來用光脈沖照亮場景30的合適光源沈，如激光器或LED或者激光器和/或LED陣列?？刂?器M控制光源沈的脈沖和光敏面22的選通。為獲取場景30的3D圖像，控制器M控制光源沈發(fā)出用于照亮場景30的至少一 個光脈沖，示意性地由波狀箭頭40表示。來自至少一個光脈沖40中的每一個的光被場景 30中的特征反射，并且所反射的光中的一些入射在照相機(jī)20上并被鏡頭21收集。來自至 少一個光脈沖40的到達(dá)照相機(jī)20的反射光由波狀箭頭45示意性地表示。在發(fā)出至少一 個光脈沖40中的每一個之后，控制器M在相對于發(fā)出光脈沖的時間的合適時間將光敏面 22選通打開以接收鏡頭21所收集的反射光45并將其成像在光敏面22上。在光敏面的像 素23上成像的光的量45被用來確定到場景30的被成像在這些像素上的各個特征的距離， 并且從而提供該場景的3D圖像。圖2示出時間-距離圖表60，時間-距離圖表60示出照亮場景30的光脈沖40的 定時、光敏面22的門、以及由鏡頭21所收集的且由光敏面中的對場景30的位于與照相機(jī) 20相距D處的特征進(jìn)行成像的像素23所記錄的光的量45之間的關(guān)系。在圖表60中，與照 相機(jī)20的距離D沿橫坐標(biāo)61來指示，并且時間分別沿右和左縱坐標(biāo)62和63來指示。為 方便起見，這些縱坐標(biāo)以與“ct” (時間“t”乘以光速“c”)成比例的單位來縮放。圖表60中的時間-距離線70示出場景30中的特征與照相機(jī)20的距離D與光源 26在任意時間、=0發(fā)出的被該特征所反射的光子到達(dá)照相機(jī)的時間(以ct為單位)之 間的關(guān)系。因為光子從光源沈到特征并返回的往返時間(以ct為單位)由等式ct = 2D 給出，所以圖表60中的線70具有等于2的斜率。如果該特征由諸如具有脈沖寬度“ Δ τρψ ” 的光脈沖40等光脈沖中的光子照亮，則在從該特征反射的來自該光脈沖的第一光子到達(dá) 照相機(jī)的時間開始的、具有持續(xù)時間△ τρψ的時間段期間，照相機(jī)20將接收從該特征反射 的來自該光脈沖的光。例如，假定由在時間tQ = 0發(fā)出的光脈沖40照亮的場景30中的對象31的由圓圈 71所表示的特征位于與照相機(jī)20相距Df處。在圖表60中，也用數(shù)字71來標(biāo)記的、位于時 間-距離線70上的、具有D坐標(biāo)Df的圓圈示意性地表示該特征。從特征71反射的光在時 間^①》首先到達(dá)照相機(jī)20，其滿足等式，t“Df) = 2Df/c。(1)由特征71反射的來自光脈沖40的光在等于光脈沖40的脈沖寬度Δ τ pw的時間 段期間繼續(xù)入射在照相機(jī)上，直至?xí)r間、(Df)，t2(Df) = 2Df/c+A τ pw,(2)此時，最后反射的來自光脈沖40的光子到達(dá)照相機(jī)。從時間I1(Df)延伸到時間 t2(Df)并且具有沿左手和右手時間縱坐標(biāo)62和63示出的長度Δ τ pw的塊箭頭72示意性 地表示到達(dá)照相機(jī)20的由特征71所反射的光。進(jìn)一步假定控制器M在由矩形80所表示的、沿左手時間縱坐標(biāo)62從開始時 間tsgl延伸到停止時間tsg2并具有門寬度Δ τ sgw = tsg2-tsgl的、相對短的門期間將光敏面22 (圖1)選通打開?？扇芜x地，Δ τ sgw = Δ τ pw。如果短門80打開，如在圖表60所示，則在從、(Df)到t2 (Df)的時間段期間，特征 71所反射的來自光脈沖40的光72入射在照相機(jī)20上，對該特征進(jìn)行成像的像素23(圖 1)將記錄來自該特征的光。對特征71進(jìn)行成像的像素所記錄的光72的量可用來確定距 離Df，并且在圖形上由矩形80中的陰影區(qū)域81表示。令所記錄的光的量81由符號“Q”表 示。則特征71距照相機(jī)20的距離Df由下式給出，如果tsgl 彡 t2 (Df)彡 tsg2，則 Df = ctsgl/2+ (c Δ τ pw) _0-l) /2 ；以及(3)如果tsgl 彡 t! (Df)彡 tsg2，則 Df = ctsgl/2+(cA τ pw) (l_Q/Q。)/2。 (4)在等式C3)和(4)中，Qtj是對特征71進(jìn)行成像的像素23所記錄的光的量，是由該 特征反射并被該像素所記錄的鏡頭21收集的來自脈沖40的所有光，而不論所反射的光在 短門80期間是否到達(dá)照相機(jī)。Qtj是特征71的反射率和它到照相機(jī)的距離Df的函數(shù)。一 般而言，如下確定Q0 控制光源26發(fā)出至少一個光脈沖，并且對于每一個發(fā)出的光脈沖40， 使用長門來選通照相機(jī)20以使得來自該光脈沖的被特征71所反射的到達(dá)照相機(jī)的所有光 都被成像在光敏面22上。對于場景30中的位于與照相機(jī)相距 恥在下限和上限距離(分別是和1) 之間)處的任何特征，照相機(jī)20在其光敏面22上在短門80期間接收并記錄來自光脈沖40 的反射光。上限和下限距離定義場景30的“一片”，在圖表60中由陰影矩形83來示意性地 指示。陰影矩形83具有位于沿時間-距離線70的具有距離坐標(biāo)和的各點處的對 角中心。D&、Ml^PDf滿足以下關(guān)系，
權(quán)利要求
1.一種獲取場景的3D圖像的方法，所述方法包括在發(fā)射時間發(fā)射具有某一脈沖寬度的至少一個光脈沖以照亮所述場景； 在多組門期間將所述場景所反射的來自所述至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏 面上，每一組門包括具有開始和停止時間的至少一個第一、第二和第三門，并且相對于所述 至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間，所述至少一個第一門和所述至少一個第二門的開始和 停止時間處于所述至少一個第三門的開始和停止時間之間，其中對于所多組門中的至少一 組，所述至少一個第三門具有大約等于該多組門中的另一組的至少一個第三門的停止時間 的開始時間；以及使用在所述光敏面上成像的反射光的量來確定到所述場景的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二門的開始時間基本上等于所述第 一門的停止時間。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一門的開始時間相對于所述第三門 的開始時間延遲了所述至少一個光脈沖的脈沖寬度。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一和第二門具有相等的門寬度。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一和第二門的門寬度等于所述至少 一個光脈沖的脈沖寬度的一半。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三門的門寬度基本上等于所述至少 一個光脈沖的三倍脈沖寬度。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，如果從在一組門的至少一個第一、第二和第 三門期間被成像的特征所反射的光的量分別由Q” Q2> Q3表示，并且所述至少一個第一門的 開始時間由、表示，則如果％興0或( 興0，則到所述特征的距離Df根據(jù)下式確定如果 Q1 (n) ( Q2 (η)，則 Df =。、/2+ (c Δ τ) [ (Q^Q2) /Q3-I] /2，以及 如果 Q1 (n) > Q2 (η)，則 Df =。、/2+ (c Δ τ ) [1-(Q^Q2) /Q3] /2， 其中c是光速且Δ τ是所述至少一個光脈沖的脈沖寬度。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，如果從在一組門的至少一個第一、第二 和第三門期間被成像的特征所反射的光的量分別由Qp Q2> Q3表示，所述至少一個第三門的 開始時間由、表示，并且來自由另一組門的至少一個第三門所成像的特征的光的量由^3 表示，則如果Gl1 = % = 0，％興0且Q*3興0，則根據(jù)下式確定到所述特征的距離DfDf = ct3/2- (c Δ τ pw) (Q3 (η) / (Q3+Q*3)) /2，或者Df = ct3/2-(cA τρψ) (1-QV (Q3+Q*3) )/2,其中c是光速且Δ τ是所述至少一個光脈沖的脈沖寬度。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述至少一個第三門的開始時 間比所述另一組門的至少一個第三門的停止時間早一定時間段，該時間段小于或等于所述 至少一個光脈沖的脈沖寬度的大約二十分之一。
10.一種獲取場景的3D圖像的方法，所述方法包括 在發(fā)射時間發(fā)射至少一個光脈沖以照亮所述場景；在具有開始和停止時間的多個等長的門期間將所述場景所反射的來自所述至少一個 光脈沖的光成像在可選通光敏面上，并且相對于所述至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間， 至少一個第一門的開始時間基本上是至少一個第二門的開始和停止時間之間的一半處的時間；以及使用在所述至少一個第一門和所述至少一個第二門期間在所述光敏面上成像的反射 光的量來確定到所述場景的特征的距離。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述門具有基本上等于兩倍于所述至少 一個光脈沖的脈沖寬度的門寬度。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，如果所述至少一個第一門的開始時 間和從在所述至少一個第一門期間成像的特征所反射的光的量分別由、和A表示，并且對 于所述至少一個第二門分別由t2和A表示，則根據(jù)下式確定到所述特征的距離Df如果 Q2 SQ1JjDf= (Ct1/2)+c Δ τ ( / )/% 以及 如果 Q1S Q2，則 Df= (ct2/2)+c Δ τ (1-(0^))/2, 其中c是光速且Δ τ是所述至少一個光脈沖的脈沖寬度。
13.一種獲取場景的3D圖像的方法，所述方法包括在發(fā)射時間發(fā)射具有某一脈沖寬度的至少一個光脈沖以照亮所述場景； 在一組門期間將所述場景所反射的來自所述至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏 面上，所述一組門包括具有開始和停止時間的至少一個第一、第二和第三門，并且相對于所 述至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間，每一第一門和每一第二門的開始和停止時間處于同 一第三門的開始和停止時間之間；以及使用在所述光敏面上成像的反射光的量來確定到所述場景的距離。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一門具有相對于所述第三門的開 始時間大約延遲了所述脈沖寬度的開始時間。
15.如權(quán)利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述第二門具有比所述至少一個第 三門的停止時間大約早了脈沖寬度的停止時間。
16.如權(quán)利要求13-14中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一門具有大約等于 脈沖寬度的一半的門寬度。
17.如權(quán)利要求13-16中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第二門具有大約等于 脈沖寬度的一半的門寬度。
18.如權(quán)利要求13-17中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第三門具有大約等于 三倍脈沖寬度的門寬度。
19.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二門具有等于脈沖寬度的 一半的門寬度，并且所述第三門具有大約等于三倍脈沖寬度的門寬度，其中如果從在所述 至少一個第一、第二和第三門期間被成像的特征反射的光的量分別由兌、％^3表示，并且所 述第一門的開始時間由、表示，則根據(jù)下式確定到所述特征的距離Df如果 ％ 彡 Q1，則 Df = cti/2+ (c Δ τ ) (Q/Q3-l) /2 ；以及如果 Q1 > Q2，則 Df =。、/2+(。Δ τ) (I-QAj3)/2，其中c是光速，Δ τ是所述至少一個光脈沖的脈沖寬度，且Q= (Q^Q2)
20.一種可用于獲取場景的3D圖像的照相機(jī)，包括 可選通光敏面；以及根據(jù)權(quán)利要求1-19中的任一項所述的方法來對所述光敏面進(jìn)行選通的控制器。
21.如權(quán)利要求20所述的照相機(jī)，其特征在于，包括可控制來使用光脈沖照亮所述場景的光源。
全文摘要
一種獲取場景的3D圖像的方法，該方法包括在發(fā)射時間發(fā)射具有某一脈沖寬度的至少一個光脈沖以照亮該場景；在多組門期間將該場景所反射的來自該至少一個光脈沖的光成像在可選通光敏面上，每一組門包括具有開始和停止時間的至少一個第一、第二和第三門，并且相對于該至少一個光脈沖的光脈沖發(fā)射時間，該至少一個第一門和至少一個第二門的開始和停止時間處于該至少一個第三門的開始和停止時間之間，其中對于該多組門中的至少一組，至少一個第三門具有大約等于該多組門中的另一組的至少一個第三門的停止時間的開始時間；以及使用在光敏面上成像的反射光的量來確定到該場景的距離。
文檔編號G01S17/89GK102099703SQ200780102336
公開日2011年6月15日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者A·C·恩蒂斯, G·葉海弗, G·齊格爾曼 申請人:微軟國際控股私有有限公司