用于深度成像器的光源驅(qū)動(dòng)器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于深度成像器的光源驅(qū)動(dòng)器電路。諸如飛行時(shí)間相機(jī)的深度成像器包括驅(qū)動(dòng)器電路和光源。驅(qū)動(dòng)器電路包括頻率控制模塊和可控制的振蕩器，所述可控制的振蕩器具有耦合到頻率控制模塊的輸出的控制輸入?？煽刂频恼袷幤鞯妮敵鲴詈系焦庠吹妮斎耄⑶?，在頻率控制模塊的控制下，利用可控制的振蕩器由驅(qū)動(dòng)器電路提供給光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在頻率上根據(jù)諸如斜坡或階梯變化的指定類型的頻率變化而變化。驅(qū)動(dòng)器電路可以附加地或者替代地包括振幅控制模塊，使得在振幅控制模塊的控制下，提供給光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在振幅上根據(jù)指定類型的振幅變化而變化。
【專利說明】用于深度成像器的光源驅(qū)動(dòng)器電路
【背景技術(shù)】
[0001]已知有多種用于實(shí)時(shí)地生成空間場(chǎng)景的三維(3D)圖像的不同技術(shù)。例如，空間場(chǎng)景的3D圖像可以利用基于多個(gè)二維(2D)圖像的三角測(cè)量生成。但是，這種技術(shù)的一個(gè)顯著缺陷是它通常需要非常密集的計(jì)算，并且因此會(huì)消耗計(jì)算機(jī)或其它處理設(shè)備過多數(shù)量的可用計(jì)算資源。而且，當(dāng)使用這種技術(shù)時(shí)，在涉及不足環(huán)境照明的條件下生成準(zhǔn)確的3D圖像會(huì)是困難的。
[0002]其它已知的技術(shù)包括利用諸如飛行時(shí)間(time of flight, ToF)相機(jī)的深度成像器直接生成3D圖像。ToF相機(jī)通常是小型的，提供快速圖像生成并且在電磁頻譜的近紅外線部分中操作。因此，ToF相機(jī)通常用在機(jī)器視覺應(yīng)用中，諸如視頻游戲系統(tǒng)或?qū)嵤┗谑謩?shì)的人機(jī)接口的其它類型圖像處理系統(tǒng)中的手勢(shì)識(shí)別。ToF相機(jī)還廣泛地用于很多種其它機(jī)器視覺應(yīng)用中，包括，例如，臉部檢測(cè)和單人或多人跟蹤。
[0003]典型的傳統(tǒng)ToF相機(jī)包括光源，所述光源包括例如一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)或激光二極管。每個(gè)這樣的LED或激光二極管都被控制成產(chǎn)生具有基本恒定的頻率和振幅的連續(xù)波(CW)輸出光。輸出光照射要成像的場(chǎng)景并且被該場(chǎng)景中的對(duì)象散射或反射。產(chǎn)生的返回光被檢測(cè)并用于創(chuàng)建深度圖或者其它類型的3D圖像。這更具體而言涉及，例如，利用輸出光和返回光之間的相位差來確定離場(chǎng)景中的對(duì)象的距離。而且，返回光的振幅被用于確定圖像的強(qiáng)度級(jí)別。
[0004]但是，CW輸出光在ToF相機(jī)中的使用具有多個(gè)顯著的缺陷。例如，CW輸出光的頻率不適當(dāng)?shù)叵拗葡鄼C(jī)的最大非模糊范圍。更具體的，最大非模糊范圍通常是由c/2f給出的，其中f是CW輸出光的頻率，而c是光的速度。最大非模糊范圍可以通過減小頻率f來擴(kuò)展，但這種方法也減小了測(cè)量精度。
[0005]此外，當(dāng)使用CW輸出光時(shí)，圖像質(zhì)量隨著積分時(shí)間(integration time)窗口長(zhǎng)度的減小而劣化。因此，ToF相機(jī)常常不能支持高到足以跟蹤場(chǎng)景中動(dòng)態(tài)對(duì)象的幀速率。另一方面，隨著積分時(shí)間窗口長(zhǎng)度的增大，圖像像素飽和被觀察到?；贑W光的傳統(tǒng)ToF相機(jī)通常不能提供積分時(shí)間窗口的合適優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]作為示例，本發(fā)明的實(shí)施例提供了用于ToF相機(jī)和其它類型深度成像器的光源驅(qū)動(dòng)器電路。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，深度成像器包括驅(qū)動(dòng)器電路和光源。驅(qū)動(dòng)器電路包括頻率控制模塊和可控制的振蕩器，該可控制的振蕩器具有耦合到頻率控制模塊的輸出的控制輸入?？煽刂频恼袷幤鞯妮敵鲴詈系焦庠吹妮斎?，并且在頻率控制模塊的控制下，利用可控制的振蕩器由驅(qū)動(dòng)器電路提供給光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在頻率上根據(jù)指定類型的頻率變化(諸如斜坡或階梯頻率變化)而變化。
[0008]給定實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器電路可以附加地或替代地包括振幅控制模塊，使得在振幅控制模塊的控制下，提供給光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在振幅上根據(jù)指定類型的振幅變化(諸如斜坡或階梯振幅變化)而變化。
[0009]本發(fā)明的其它實(shí)施例包括但不限于方法、系統(tǒng)、集成電路及存儲(chǔ)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)所述程序代碼被執(zhí)行時(shí)，使處理設(shè)備執(zhí)行步驟序列。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是包括深度成像器的圖像處理系統(tǒng)的框圖，其中深度成像器在一個(gè)實(shí)施例中包括光源驅(qū)動(dòng)器電路。
[0011]圖2示出了包括光源和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器電路的深度成像器的一部分的實(shí)施例，其中相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器電路實(shí)施基于斜坡的頻率和振幅控制1?塊。
[0012]圖3示出了包括光源和相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器電路的深度成像器的一部分的另一實(shí)施例，其中驅(qū)動(dòng)器電路實(shí)施基于階梯的頻率和振幅控制模塊。
[0013]圖4A例示了具有由圖2驅(qū)動(dòng)器電路生成的斜坡頻率和振幅的示例性驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0014]圖4B例示了具有由圖3驅(qū)動(dòng)器電路生成的階梯頻率和振幅的示例性驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0015]圖5是示 出圖2的光源響應(yīng)于圖4A的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的施加的輸入-輸出響應(yīng)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明的實(shí)施例將在本文中結(jié)合包括深度成像器的示例性圖像處理系統(tǒng)來例示，該深度成像器具有被配置為在給定的光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)中提供頻率變化和振幅變化中的至少一個(gè)的光源驅(qū)動(dòng)器電路。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的實(shí)施例更通常地可適用于在其中期望為深度圖或其它類型的3D圖像提供改進(jìn)質(zhì)量的任何圖像處理系統(tǒng)或相關(guān)聯(lián)的深度成像器。
[0017]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的圖像處理系統(tǒng)100。圖像處理系統(tǒng)100包括與多個(gè)處理設(shè)備102-1、102-2、…、102-N經(jīng)網(wǎng)絡(luò)104通信的深度成像器101。在本實(shí)施例中，假設(shè)深度成像器101包括諸如ToF相機(jī)的3D成像器，但是在其它實(shí)施例中可以使用其它類型的深度成像器。這種成像器生成場(chǎng)景的深度圖或其它深度圖像并且經(jīng)網(wǎng)絡(luò)104把那些圖像傳送到一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備102。因而，處理設(shè)備102可以包括計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或存儲(chǔ)設(shè)備的任意組合。一個(gè)或多個(gè)此類設(shè)備還可以包括，例如，用于呈現(xiàn)由深度成像器101生成的圖像的顯示屏幕或其它用戶接口。
[0018]雖然在本實(shí)施例中示為與處理設(shè)備102分離，但是深度成像器101可以至少部分地與一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備組合。因而，例如，深度成像器101可以至少部分地利用給定的一個(gè)處理設(shè)備102來實(shí)施。作為例子，計(jì)算機(jī)可以被配置為合并深度成像器101。
[0019]在給定的實(shí)施例中，圖像處理系統(tǒng)100被實(shí)施為視頻游戲系統(tǒng)或者為了識(shí)別用戶手勢(shì)而生成圖像的其它類型基于手勢(shì)的系統(tǒng)。所公開的成像技術(shù)可以類似地適于在需要基于手勢(shì)的人機(jī)接口的各種其它系統(tǒng)中使用，并且還可以應(yīng)用于除手勢(shì)識(shí)別之外的許多應(yīng)用，諸如涉及臉部檢測(cè)、個(gè)人跟蹤或處理來自深度成像器的深度圖像的其它技術(shù)的機(jī)器視覺系統(tǒng)。
[0020]如圖1中所示的深度成像器101包括耦合到多個(gè)光源114-1、114-2、…、114-M的驅(qū)動(dòng)器電路112，所述光源示例性地被實(shí)現(xiàn)為相應(yīng)的LED，這些LED可以排列在LED陣列中。雖然在該實(shí)施例中使用了多個(gè)光源，但是其它實(shí)施例可以只包括單個(gè)光源。而且，雖然在該實(shí)施例中單個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路112驅(qū)動(dòng)所有的光源114，但是在其它實(shí)施例中每個(gè)光源114可以被單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器電路112驅(qū)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，可以使用除LED之外的其它光源。例如，在其它實(shí)施例中，至少一部分LED114可以用激光二極管或其它光源代替。驅(qū)動(dòng)器電路112的更詳細(xì)例子將在下面結(jié)合圖2和3來描述。
[0021]驅(qū)動(dòng)器電路112控制LED114，從而生成具有特定頻率和振幅變化的輸出光。由驅(qū)動(dòng)器電路112提供的這種變化的斜坡和階梯例子可以分別在圖4A和4B中看到。輸出光照射要成像的場(chǎng)景，并且所產(chǎn)生的返回光利用檢測(cè)器陣列116來檢測(cè)并且在深度成像器101中進(jìn)一步處理，以產(chǎn)生深度圖或其它類型的3D圖像。
[0022]給定實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器電路112可以包括頻率控制模塊，使得提供給至少一個(gè)LEDl 14的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在頻率控制模塊的控制下在頻率上根據(jù)指定類型的頻率變化(諸如斜坡或階梯頻率變化)而變化。
[0023]斜坡或階梯頻率變化可以配置為提供，例如，作為時(shí)間的函數(shù)增大的頻率、作為時(shí)間的函數(shù)減小的頻率、或者增大和減小的頻率的組合。而且，增大或減小的頻率可以遵循線性函數(shù)或非線性函數(shù)，或者線性和非線性函數(shù)的組合。
[0024]在具有斜坡頻率變化的實(shí)施例中，在驅(qū)動(dòng)器電路中實(shí)施的頻率控制模塊可以被配置為允許用戶選擇斜坡頻率變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，包括起始頻率、結(jié)束頻率和斜坡頻率變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
[0025]類似地，在具有階梯頻率變化的實(shí)施例中，頻率控制模塊可以被配置為允許用戶選擇階梯頻率變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，包括起始頻率、結(jié)束頻率、頻率階梯大小、時(shí)間階梯大小和階梯頻率變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
[0026]給定實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器電路112可以附加地或者作為替代地包括振幅控制模塊，使得在振幅控制模塊的控制下，提供給至少一個(gè)LED114的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在振幅上根據(jù)指定類型的振幅變化(諸如斜坡或階梯振幅變化)而變化。如以上提到的斜坡或階梯頻率變化，斜坡或階梯振幅變化可以被配置為提供作為時(shí)間的函數(shù)增大的振幅、作為時(shí)間的函數(shù)減小的振幅、或者增大和減小的振幅的組合。而且，增大或減小的振幅可以遵循線性或非線性函數(shù)，或者線性和非線性函數(shù)的組合。而且，如果實(shí)施例包括振幅控制模塊與頻率控制模塊兩者，則振幅變化可以與頻率變化同步。
[0027]在具有斜坡振幅變化的實(shí)施例中，振幅控制模塊可以被配置為允許用戶選擇斜坡振幅變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅和斜坡振幅變化的持續(xù)時(shí)間當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)。
[0028]類似地，在具有階梯振幅變化的實(shí)施例中，振幅控制模塊可以被配置為允許用戶選擇階梯振幅變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅、振幅階梯大小、時(shí)間階梯大小和階梯振幅變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
[0029]因此，驅(qū)動(dòng)器電路112可以配置為，以相對(duì)于傳統(tǒng)深度成像器在深度成像器101中提供顯著改進(jìn)的性能的方式，生成具有指定類型的頻率和振幅變化的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。例如，這種布置可以被配置為允許不僅驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率和振幅而且還有諸如積分時(shí)間窗口的其它參數(shù)的特別有效的優(yōu)化。
[0030]假設(shè)本實(shí)施例中的深度成像器101是利用至少一個(gè)處理設(shè)備實(shí)施的，并且包括耦合到存儲(chǔ)器122的處理器120。處理器120利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中的軟件代碼控制驅(qū)動(dòng)器電路112和檢測(cè)器陣列116。[0031]處理器120可以包括，例如，任意組合的微處理器、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、中央處理單元(CPU)、算術(shù)邏輯單元(ALU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，或者其它類似的處理設(shè)備組件，以及其它類型和布置的圖像處理電路。
[0032]存儲(chǔ)器122存儲(chǔ)用于在實(shí)施深度成像器101部分功能(諸如前面所述的頻率和振幅控制模塊的部分)時(shí)，由處理器120執(zhí)行的軟件代碼。存儲(chǔ)由相應(yīng)處理器所執(zhí)行的軟件代碼的這種給定存儲(chǔ)器是在本文中更一般性地被稱為計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或其中包含計(jì)算機(jī)程序代碼的其它類型計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的例子，并且這種給定存儲(chǔ)器可以包括，例如，任意組合的諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或只讀存儲(chǔ)器(ROM)的電子存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器、光學(xué)存儲(chǔ)器或者其它類型的存儲(chǔ)設(shè)備。如以上所指出的，處理器可以包括微處理器、ASIC、FPGA、CPU、ALU、DSP或者其它圖像處理電路的部分或組合。
[0033]在本實(shí)施例中，深度成像器101中還包括參數(shù)優(yōu)化模塊125，該模塊示例性地被配置為優(yōu)化深度成像器的積分時(shí)間窗口以及為給定成像操作優(yōu)化頻率和振幅變化。例如，參數(shù)優(yōu)化模塊125可以配置為針對(duì)給定成像操作確定包括積分時(shí)間窗口、頻率變化和振幅變化的參數(shù)的適當(dāng)集合。
[0034]這種布置允許深度成像器在各種不同的操作條件(諸如到場(chǎng)景中對(duì)象的距離、場(chǎng)景中對(duì)象的個(gè)數(shù)與類型等等)下，被配置為最佳性能。因而，例如，在本實(shí)施例中深度成像器101的積分時(shí)間窗口長(zhǎng)度可以以在特定條件下優(yōu)化整體性能的方式結(jié)合驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率和振幅變化的選擇來確定。參數(shù)優(yōu)化模塊125可以至少部分地以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器122中并且由處理器120執(zhí)行的軟件的形式被實(shí)施。應(yīng)當(dāng)指出，如在本上下文中所使用的，諸如“最佳”和“優(yōu)化”的詞語希望被廣義地解釋，而不要求任何特定性能度量的最小化或最大化。
[0035]網(wǎng)絡(luò)104可以包括諸如互聯(lián)網(wǎng)的廣域網(wǎng)(WAN)、局域網(wǎng)(LAN)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)，或者任何其它類型的網(wǎng)絡(luò)，以及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組合。深度成像器101以及每個(gè)處理設(shè)備102可以結(jié)合收發(fā)器或者其它網(wǎng)絡(luò)接口電路，以允許這些設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)104彼此通信。
[0036]還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的實(shí)施例可以以集成電路的形式被實(shí)施。在給定的這種集成電路的實(shí)施中，相同的管芯通常以重復(fù)的模式在半導(dǎo)體晶片的表面上形成。每個(gè)管芯包括至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路以及有可能包括如本文中所述的其它圖像處理電路，并且還可以包括其它結(jié)構(gòu)或電路。單個(gè)的管芯從晶片上被切下或者割下，然后封裝成集成電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)知道如何切割晶片和封裝管芯，以產(chǎn)生集成電路。這樣制造的集成電路被認(rèn)為是本發(fā)明的實(shí)施例。
[0037]如圖1中所示的圖像處理系統(tǒng)100的特定配置僅僅是示例性的，而且其它實(shí)施例中的系統(tǒng)100可以包括除那些具體示出元件的之外或者代替那些具體示出的元件的其它元件，包括在這種系統(tǒng)的傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式中常?？梢哉业降念愋偷囊粋€(gè)或多個(gè)元件。
[0038]圖2示出了深度成像器的部分200的實(shí)施例，該部分包括光源204，示例性地實(shí)施為L(zhǎng)ED，并且包括被配置為在由光源204發(fā)射的成像器輸出光中提供同步的基于斜坡的頻率和振幅變化的相關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路202。在該實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器電路202包括頻率控制模塊205、壓控振蕩器206和振幅控制模塊207。壓控振蕩器206具有耦合到頻率控制模塊205的輸出的控制輸入并且壓控振蕩器的輸出經(jīng)混合器208 I禹合到光源204的輸入。
[0039]混合器208更具體而言具有耦合到壓控振蕩器206的輸出的第一輸入、耦合到振幅控制模塊207的輸出的第二輸入，以及為光源204提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。在該實(shí)施例中，混合器208用于提供單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)組合了由振幅控制模塊207的輸出信號(hào)呈現(xiàn)的振幅變化和由壓控振蕩器206的輸出信號(hào)呈現(xiàn)的頻率變化。在生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)候，混合器208執(zhí)行電壓到電流(V — I)轉(zhuǎn)換，其中作為示例，驅(qū)動(dòng)信號(hào)在本實(shí)施例中是電流號(hào)。
[0040]雖然在本實(shí)施例中在驅(qū)動(dòng)器電路202中使用壓控振蕩器206，但是其它實(shí)施例可以使用其它類型的振蕩器，諸如數(shù)控振蕩器。
[0041]驅(qū)動(dòng)器電路202被配置為利用壓控振蕩器206生成用于施加到光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅由各自的頻率控制和振幅控制模塊205和207控制，使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)指定類型的頻率和振幅變化。
[0042]本實(shí)施例中指定類型的頻率變化包括斜坡頻率變化，其提供作為時(shí)間的函數(shù)減小的頻率。這在附圖中也被稱為“斜坡向下”頻率變化。頻率控制模塊205被配置為允許用戶選擇斜坡頻率變化的指定參數(shù)，在該實(shí)施例中包括起始頻率、結(jié)束頻率和斜坡頻率變化的持續(xù)時(shí)間。在該實(shí)施例中，起始和結(jié)束頻率是利用對(duì)應(yīng)的輸入電壓指定的。
[0043]應(yīng)當(dāng)指出，在本上下文中，術(shù)語“用戶”希望被廣義地解釋，從而不僅涵蓋人類用戶，而且還有其它類型的用戶，包括利用深度成像器101生成場(chǎng)景的深度圖像的圖像處理系統(tǒng)的自動(dòng)軟件或硬件實(shí)體。因而，例如，在一個(gè)處理設(shè)備102上運(yùn)行或者以別的方式與之關(guān)聯(lián)的軟件程序或其它類型的代理可以被配置為與驅(qū)動(dòng)器電路202交互，從而選擇由頻率控制模塊205提供的頻率變化和由振幅控制模塊207提供的振幅變化中至少一個(gè)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。
[0044]本實(shí)施例中指定類型的振幅變化包括斜坡振幅變化，其提供作為時(shí)間的函數(shù)增大的振幅。這在附圖中也被稱為“斜坡向上”振幅變化。振幅控制模塊207配置為允許用戶選擇斜坡振幅變化的指定參數(shù)，在該實(shí)施例中包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅和斜坡振幅變化的持續(xù)時(shí)間。在該實(shí)施例中，起始、結(jié)束和偏置振幅是利用對(duì)應(yīng)的輸入電壓指定的。這些振幅參數(shù)應(yīng)當(dāng)被選擇成使得高于光源204的閾值電流電平。
[0045]圖4A示出了如由驅(qū)動(dòng)器電路202生成的、具有同步的減小頻率和增大振幅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的例子。該圖可以被看作示出了在混合器208輸出的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且示出了作為時(shí)間的函數(shù)的電流變化，其中時(shí)間以微秒(us)為單位，電流以十毫安(mA)為單位。該電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到光源204的輸入。利用10-50MHZ的頻率范圍，電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的周期在20-100納秒的范圍內(nèi)，其在給定的實(shí)施例中可以為深度成像器提供大約6米和30米之間的最大非模糊范圍。在其它實(shí)施例中，可以使用各種替代的頻率范圍、最大非模糊范圍及其它參數(shù)。
[0046]光源204的對(duì)應(yīng)輸入-輸出響應(yīng)在圖5中示出，圖5例示了所施加的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅變化在光源的輸出光變化中再現(xiàn)。在該例示中的輸入-輸出響應(yīng)被繪制為以毫瓦(mW)為單位的LED輸出功率E，作為以十毫安(mA)為單位的驅(qū)動(dòng)電流的函數(shù)。驅(qū)動(dòng)電流圍關(guān)于表示為I_bias的偏置電流變化，并且假設(shè)LED在表示為I_thr的閾值電流之上其輸入-輸出響應(yīng)的基本線性部分中操作。
[0047]在其它實(shí)施例中，可以使用增大或減小的頻率和振幅變化的其它組合。而且，雖然頻率和振幅變化在這種實(shí)施例中是采用基本上線性斜坡的形式的，但是其它實(shí)施例可以利用遵循任意組合的非線性函數(shù)或者多個(gè)線性和非線性函數(shù)的變化。[0048]通過對(duì)頻率控制模塊205、壓控振蕩器206和振幅控制模塊207利用公共的觸發(fā)器信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器電路202同步頻率和振幅變化。所述觸發(fā)器信號(hào)是由下降沿觸發(fā)器電路210響應(yīng)于由選通電路212提供的信號(hào)而生成的，其中選通電路212示例性地被實(shí)施為L(zhǎng)ED門(LEDgate)。觸發(fā)器信號(hào)可以是具有指定的脈沖寬度的脈沖信號(hào)。雖然觸發(fā)器信號(hào)在該實(shí)施例中是下降沿觸發(fā)的，但是可以使用其它類型的觸發(fā)器電路和所產(chǎn)生的觸發(fā)器信號(hào)。
[0049]選通電路212生成其用于響應(yīng)于選通電壓或其它光源控制信號(hào)而施加到觸發(fā)器電路210的輸入的輸出信號(hào)，其中選通電壓或其它光源控制信號(hào)可以由深度成像器101的處理器120提供。由觸發(fā)器電路210生成的觸發(fā)器信號(hào)在施加到頻率控制模塊205、壓控振蕩器206和振幅控制模塊207各自的觸發(fā)器輸入之前在延遲電路214中受到預(yù)定的延遲。在本實(shí)施例中預(yù)定的延遲是將允許壓控振蕩器206在通電后達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)的延遲量。
[0050]現(xiàn)在參考圖3，示出了深度成像器的部分300的另一個(gè)實(shí)施例，包括光源304，示例性地被實(shí)施為L(zhǎng)ED，和被配置為在由光源304發(fā)射的成像器輸出光中提供同步的基于階梯的頻率和振幅變化的相關(guān)驅(qū)動(dòng)器電路302。驅(qū)動(dòng)器電路302的操作與前面結(jié)合圖2描述的驅(qū)動(dòng)器電路202的操作總體上是相似的，但是提供了基于階梯的頻率和振幅變化，而不是基于斜坡的頻率和振幅變化。
[0051 ] 在該實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)器電路302包括頻率控制模塊305、壓控振蕩器306和振幅控制模塊307。壓控振蕩器306具有耦合到頻率控制模塊305的輸出的控制輸入并且壓控振蕩器306的輸出經(jīng)混合器308耦合到光源304的輸入?；旌掀?08更具體而言具有耦合到壓控振蕩器306的輸出的第一輸入、I禹合到振幅控制模塊307的輸出的第二輸入，以及為光源304提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。
[0052]同樣，雖然在本實(shí)施例中在驅(qū)動(dòng)器電路302中使用壓控振蕩器306，但是其它實(shí)施例可以使用其它類型的振蕩器，諸如數(shù)控振蕩器。
[0053]驅(qū)動(dòng)器電路302被配置為利用壓控振蕩器306生成用于施加到光源304的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅由各自的頻率控制和振幅控制模塊305和307控制，使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)指定類型的頻率和振幅變化。
[0054]本實(shí)施例中指定類型的頻率變化包括作為時(shí)間的函數(shù)提供遵循向下階梯的減小的頻率的階梯頻率變化。這在附圖中也被稱為“階梯向下”頻率變化。頻率控制模塊305被配置為允許用戶選擇階梯頻率變化的指定參數(shù)，在該實(shí)施例中包括起始頻率、結(jié)束頻率、頻率階梯大小、時(shí)間階梯大小和階梯頻率變化的持續(xù)時(shí)間。
[0055]本實(shí)施例中指定類型的振幅變化包括作為時(shí)間的函數(shù)提供遵循向上階梯的增大的振幅的階梯振幅變化。這在附圖中也被稱為“階梯向上”振幅變化。振幅控制模塊307被配置為允許用戶選擇階梯振幅變化的指定參數(shù)，在該實(shí)施例中包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅、振幅階梯大小、時(shí)間階梯大小和階梯振幅變化的持續(xù)時(shí)間。
[0056]圖4B示出了由驅(qū)動(dòng)器電路302生成的、具有同步的減小頻率和增大振幅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的例子。該圖可以看作示出了在混合器308輸出的電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且例示了作為時(shí)間的函數(shù)的電流變化，其中時(shí)間以納秒(ns)為單位，電流以十毫安(mA)為單位。在每個(gè)階梯，不同的頻率和振幅值用于電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到光源304的輸入，使得所施加電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅變化在光源的輸出光變化中再現(xiàn)。
[0057]同樣，在其它實(shí)施例中，可以使用增大或減小的頻率和振幅變化的其它組合。而且，雖然在該實(shí)施例中頻率和振幅變化采用基本均勻的階梯的形式，但是其它實(shí)施例可以利用遵循任意組合的非線性函數(shù)或者多個(gè)線性和非線性函數(shù)的變化。
[0058]如在圖2的實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器電路302通過對(duì)頻率控制模塊305、壓控振蕩器306和振幅控制模塊307使用公共的觸發(fā)器信號(hào)來同步頻率和振幅變化。所述觸發(fā)器信號(hào)是由下降沿觸發(fā)器電路310響應(yīng)于由選通電路312提供的信號(hào)而生成的，其中選通電路312示例性地被實(shí)施為L(zhǎng)ED門。所述選通電路312響應(yīng)于可以由深度成像器101的處理器120提供的光源控制信號(hào)生成用于施加到觸發(fā)器電路310的輸入的輸出信號(hào)。觸發(fā)器電路310的觸發(fā)器信號(hào)輸出在施加到頻率控制模塊305、壓控振蕩器306和振幅控制模塊307各自的觸發(fā)器輸入之前在延遲電路314中受到預(yù)定的延遲。本實(shí)施例中預(yù)定的延遲是將允許壓控振蕩器306達(dá)到穩(wěn)定輸出狀態(tài)的量。
[0059]在圖2和圖3的實(shí)施例中在由驅(qū)動(dòng)器電路202和302提供的驅(qū)動(dòng)信號(hào)中同步的頻率和振幅變化可以顯著地提高諸如ToF相機(jī)的深度成像器的性能。例如，至少部分地因?yàn)轭l率變化允許為每個(gè)頻率疊加所檢測(cè)到的深度信息，所以這種變化可以擴(kuò)展深度成像器101的非模糊范圍，而不會(huì)不利地影響測(cè)量精度。而且，至少部分地因?yàn)檎穹兓试S積分時(shí)間窗口被動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)以優(yōu)化深度成像器的性能，由此提供對(duì)場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)對(duì)象的改進(jìn)的跟蹤，所以可以支持比以別的方式利用傳統(tǒng)CW輸出光布置可能的顯著更高的幀速率。振幅變化還導(dǎo)致從場(chǎng)景中的對(duì)象的更好的反射，進(jìn)一步提高了深度圖像的質(zhì)量。
[0060]在圖2和圖3的實(shí)施例中，頻率變化與振幅變化同步。但是，其它實(shí)施例可以只使用頻率變化或者只使用振幅變化。例如，具有恒定振幅的斜坡或階梯頻率的使用在要成像的場(chǎng)景包括位于離深度成像器不同距離的多個(gè)對(duì)象的情況下可能是有利的。
[0061]作為另一個(gè)例子，具有恒定頻率的斜坡或階梯振幅的使用在要成像的場(chǎng)景包括朝向深度成像器移動(dòng)或遠(yuǎn)離其移動(dòng)、或者從場(chǎng)景的外圍向中心移動(dòng)或者反過來移動(dòng)的單個(gè)主要對(duì)象的情況下可能是有利的。在這種布置中，預(yù)期減小振幅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將非常適合主要對(duì)象朝向深度成像器或者從外圍向中心移動(dòng)的情況，并且預(yù)期增大振幅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)將非常適合主要對(duì)象遠(yuǎn)離深度成像器或者從中心向外圍移動(dòng)的情況。在包括頻率和振幅變化兩者的實(shí)施例中，類似的考慮可以在選擇要應(yīng)用的振幅變化類型時(shí)使用。
[0062]如以上所指出的，各種不同類型和組合的頻率與振幅變化可以在其它實(shí)施例中使用，包括遵循線性、指數(shù)、二次或任意函數(shù)的變化。
[0063]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在圖2至5中示出的特定驅(qū)動(dòng)器電路布置、驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出光波形僅僅是作為例子給出的，并且本發(fā)明的其它實(shí)施例可以利用其它類型和布置的元件來為ToF相機(jī)或其它類型深度成像器中的光源實(shí)施驅(qū)動(dòng)器電路。
[0064]而且，許多其它類型的控制模塊可以用于為給定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形建立不同的頻率和振幅變化。例如，可以使用靜態(tài)頻率與振幅控制模塊，其中相應(yīng)的頻率和振幅變化不是通過結(jié)合深度成像器操作的用戶選擇動(dòng)態(tài)可變的，而是通過設(shè)計(jì)固定成特定的配置。因而，例如，特定類型的頻率變化和特定類型的振幅變化可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)定，并且可以使那些預(yù)定的變化在深度成像器中被固定，而不是可變。為光源驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供頻率變化和振幅變化中的至少一個(gè)的這種類型的靜態(tài)電路布置被認(rèn)為是“控制模塊”的例子，如那個(gè)術(shù)語在本文中被廣泛使用一樣，而且與通常使用具有基本恒定頻率和振幅的CW輸出光的諸如ToF相機(jī)的傳統(tǒng)裝置不同。[0065]應(yīng)當(dāng)再次強(qiáng)調(diào)，本文所述的本發(fā)明的實(shí)施例僅僅是示例性的。例如，本發(fā)明的其它實(shí)施例可以利用各種與本文所述特定實(shí)施例中所使用的不同類型和布置的圖像處理系統(tǒng)、深度成像器、圖像處理電路、驅(qū)動(dòng)器電路、控制模塊、處理設(shè)備和處理操作來實(shí)現(xiàn)。此外，在描述某些實(shí)施例的上下文時(shí)在本文所作的特定假設(shè)不需要在其它實(shí)施例中適用。在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的這些及許多其它替代實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，包括: 深度成像器，所述深度成像器包括驅(qū)動(dòng)器電路和光源； 所述驅(qū)動(dòng)器電路包括: 頻率控制t吳塊；及 可控制的振蕩器，所述可控制的振蕩器具有耦合到所述頻率控制模塊的輸出的控制輸A ； 其中所述可控制的振蕩器的輸出耦合到所述光源的輸入；并且 其中在所述頻率控制模塊的控制下，利用所述可控制的振蕩器由所述驅(qū)動(dòng)器電路提供給所述光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在頻率上根據(jù)指定類型的頻率變化而變化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路還包括振幅控制模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中在所述振幅控制模塊的控制下，利用所述可控制的振蕩器由所述驅(qū)動(dòng)器電路提供給所述光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在振幅上根據(jù)指定類型的振幅變化而變化。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路還包括混合器電路，所述混合器電路具有耦合到所述可控制的振蕩器的輸出的第一輸入、耦合到所述振幅控制模塊的輸出的第二輸入以及為所述 源提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述可控制的振蕩器包括壓控振蕩器和數(shù)控振蕩器中的一個(gè)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述指定類型的頻率變化包括斜坡頻率變化和階梯頻率變化中的一個(gè)，所述斜坡頻率變化或所述階梯頻率變化提供作為時(shí)間的函數(shù)增大的頻率和作為時(shí)間的函數(shù)減小的頻率中的一個(gè)，并且其中所述增大的頻率或所述減小的頻率遵循線性函數(shù)和非線性函數(shù)中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述頻率控制模塊被配置為允許用戶選擇所述斜坡頻率變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)包括起始頻率、結(jié)束頻率和所述斜坡頻率變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述頻率控制模塊被配置為允許用戶選擇所述階梯頻率變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)包括起始頻率、結(jié)束頻率、頻率階梯大小、時(shí)間階梯大小和所述階梯頻率變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
9.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述指定類型的振幅變化包括斜坡振幅變化和階梯振幅變化中的一個(gè)，所述斜坡振幅變化或所述階梯振幅變化提供作為時(shí)間的函數(shù)增大的振幅和作為時(shí)間的函數(shù)減小的振幅中的一個(gè)，并且其中所述增大的振幅或所述減小的振幅遵循線性函數(shù)和非線性函數(shù)中的一個(gè)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述振幅控制模塊被配置為允許用戶選擇所述斜坡振幅變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅和所述斜坡振幅變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述振幅控制模塊被配置為允許用戶選擇所述階梯振幅變化的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所述參數(shù)包括起始振幅、結(jié)束振幅、偏置振幅、振幅階梯大小、時(shí)間階梯大小和所述階梯振幅變化的持續(xù)時(shí)間中的一個(gè)或多個(gè)。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路還包括觸發(fā)器電路，所述觸發(fā)器電路被配置為生成用于施加到所述頻率控制模塊和所述可控制的振蕩器的相應(yīng)的觸發(fā)器輸入的觸發(fā)器信號(hào)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路還包括振幅控制模塊，并且來自所述觸發(fā)器電路的觸發(fā)器信號(hào)也被施加到所述振幅控制模塊的觸發(fā)器輸入。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述驅(qū)動(dòng)器電路還包括: 選通電路，所述選通電路被配置為響應(yīng)于光源控制信號(hào)而控制所述觸發(fā)器電路生成所述觸發(fā)器信號(hào) '及 延遲電路，所述延遲電路耦合在所述觸發(fā)器電路以及所述頻率控制模塊和所述可控制的振蕩器的觸發(fā)器輸入之間。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括參數(shù)優(yōu)化模塊，所述參數(shù)優(yōu)化模塊與所述驅(qū)動(dòng)器電路關(guān)聯(lián)并且被配置為針對(duì)給定的成像操作優(yōu)化深度成像器的積分時(shí)間窗口。
16.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述深度成像器包括飛行時(shí)間相機(jī)。
17.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光源包括發(fā)光二極管和激光二極管中的一種。
18.一種圖像處理系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1所述的裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的圖像處理系統(tǒng)，其中該圖像處理系統(tǒng)利用深度成像器實(shí)施一個(gè)或多個(gè)機(jī)器視覺應(yīng) 用，所述機(jī)器視覺應(yīng)用包括手勢(shì)識(shí)別、臉部檢測(cè)和個(gè)人跟蹤中一個(gè)或多個(gè)。
20.—種方法,包括: 在深度成像器中生成要施加到光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；及 控制所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅中的至少一個(gè)，使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)指定類型的頻率變化和指定類型的振幅變化中的至少一個(gè)而變化。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述指定類型的頻率變化或所述指定類型的振幅變化包括斜坡變化和階梯變化中的一個(gè)。
22.—種其中包含了計(jì)算機(jī)程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其中當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序代碼在深度成像器中被執(zhí)行時(shí)，使所述深度成像器執(zhí)行如權(quán)利要求20所述的方法。
23.一種裝置，包括: 驅(qū)動(dòng)器電路，所述驅(qū)動(dòng)器電路適于耦合到深度成像器的光源； 所述驅(qū)動(dòng)器電路包括: 頻率控制模塊和振幅控制模塊中的至少一個(gè)；及 振蕩器； 其中所述驅(qū)動(dòng)器電路被配置為利用所述振蕩器生成要施加到所述光源的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；并且 其中所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和振幅中的至少一個(gè)被相應(yīng)的頻率控制模塊和振幅控制模塊中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)控制，使得所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)根據(jù)指定類型的頻率變化和指定類型的振幅變化中的至少一個(gè)而變化。
24.一種集成電路，包括如權(quán)利要求23所述的裝置。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK104024789SQ201380003663
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
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