WO2003054579A1 - Method and device for producing 3d range images - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method and a device for generating 3D distance images.
- a color-coded SD image recognition method is known from DE 44 47 117 C1, in which the three-dimensional position of the object points is calculated from the color distributions of the object points from two images, which are obtained by recording the object with light pulses generated by light intensity modulators, one of the light intensity modulators is switched to transmission in one picture and the other light intensity modulator in the other picture is driven with a suitable time delay.
- modulated light beams of different wavelengths are emitted onto the object and a light switch or light intensity modulator connected upstream of an image detector is actuated in such a way that the instantaneous modulation value of a reflected light beam detected thereby is a function of the different spatial position of the illuminated object point.
- pulsed operation continuous periodic operation with suitably selected phase shifts of the light intensity modulators is also possible.
- a method and a device are known from WO 99/34235, in which the object is briefly exposed, for example with laser diodes.
- An image sensor with high light sensitivity is used to record the image, which can be read out in a pixel-resolution manner and can be read out at will, and has an integration time that can be set for each pixel.
- the measured values for calculating the distance pixels are recorded sequentially and therefore at different times, the spatial configuration of the scene to be measured may have changed in the meantime.
- the invention is therefore based on the object of providing a method and a device for generating SD distance images which can be recorded in particularly short time intervals and with a significantly lower light output.
- the invention is intended to provide a method and a device for generating 3D distance images, with which all the measurement values required for generating distance image points can be obtained in particularly short time intervals by the scattering of a single laser pulse.
- the invention is also intended to create a method and a device for generating SD distance images, in which all measured values for a distance image point can be obtained in the same light-sensitive cell.
- This task is solved with a method for generating 3D distance images from the following steps: Emitting a light pulse in the direction of an object of a scenery to be imaged; Imaging an object on a light-sensitive and spatially resolving sensor, the cells of which generate charges corresponding to the exposure and registration of the light pulses scattered back from the various object points within a time interval M, which is dimensioned and shifted in time relative to the start of the light pulse transmission such that the backscatter pulses for everyone Pixels are completely or partially detected depending on their running time, - storing the charges generated during a first subinterval (M of the time interval (M) in a first line memory assigned to the relevant pixel as well as during a second subinterval subsequent to the first subinterval (M) (M 2 ) of the time interval M generated charges in a charge memory assigned to the same pixel, and calculating a 3D distance image from the charges stored for each pixel in the first and second charge memories.
- the object is further achieved with a device for carrying out the method with the following combination of features, a light source for emitting a light pulse in the direction of an object to be imaged
- a time interval which is dimensioned and shifted in time relative to the start of the light pulse transmission in such a way that the backscattered pulses for each pixel are recorded in whole or in part depending on their transit time
- - at least first and second Charge stores which are each assigned to the cells of the sensor, for storing charges generated by the cell in question during a first subinterval (M) and during a second subinterval (M 2 ) of the time interval (M) following the first subinterval (M x ) , - and means for calculating a 3D distance image from the charges stored for each pixel in the associated charge stores.
- the invention is therefore based on the knowledge that by using an image-resolving optoelectronic sensor, the individual image points of which are provided with a plurality of charge stores, an extremely fast device for obtaining distance images can be created with simultaneous complete use of the energy of the emitted light pulses, with all measured values can be obtained with a light pulse to determine the distance image.
- One advantage of this solution is that the light energy emitted can be reduced to a minimum in the interest of eye safety through its optimal use. In addition, no mechanically moving parts are required.
- Another advantage of this solution is that, if necessary, the shooting processes can be repeated at short intervals, so that multiple exposures and charge integrations are possible during the taking of an image. Even with multiple exposures, no calculation errors can occur due to temporal sequences, since the accumulated partial signals are error-free relative to one another.
- a third charge storage device is assigned to each light-sensitive cell in order to correct the influence of stray light on the measurement signals obtained, so that an environmental image can be generated that contains these stray light components.
- 1 is a schematic representation of a basic structure for generating 3D images according to the invention
- 2 shows a schematic representation of a first memory architecture of a sensor
- FIG. 3 shows a schematic illustration of a first generation of different partial images
- FIG. 5 different diagrams for calculating a standardized quantity Q as a measure of the distance
- FIG. 6 shows a schematic illustration of a second generation of different partial images
- Fig. 7 is a schematic representation of a second memory architecture of a sensor.
- Figure 1 shows schematically the structure with which distance images (3D images) are obtained according to the invention.
- Light pulses 2 are emitted from a light source 1 onto an object 3 (or a scenery), which are reflected there.
- the light pulse 2 with a correspondingly reduced identity, returns as a scattered light pulse 4 to a recording camera 5 and falls there through a lens 6 onto an optoelectronic, pixel-resolving element
- the intensity values detected by the sensor are evaluated with a signal evaluation device 8 in the manner described below, and a distance image (3D image) is calculated therefrom.
- the light source 1 is preferably a structural component of the camera 5.
- FIG. 2 shows the basic architecture and organization of the pixel-resolving optoelectronic sensor 7.
- the light-sensitive cells are arranged or organized in rows (index i) and columns (index j) according to the geometry of the 3D image to be generated.
- the distance image (3D image) is calculated from two partial images, an environmental image possibly also being determined and taken into account when calculating the distance image.
- both partial images are generated.
- the light pulse is reflected at different object points 10, 11, 12 of the object, which have different distances z within a range between a minimum distance z min and a maximum distance z ,, ⁇ from the light source 1.
- the backscattered ones are Light pulses 4 are detected within a first time interval M> L (FIG. 4d), ie the camera 5 is activated synchronously with the emission of the light pulses 2 at a time t x for the first time interval M.
- the length and the temporal position of the first interval M is advantageously chosen such that the light pulses scattered at the relevant object points 10, 11, 12 depend on their transit time, ie on the distance of the object points from the light source, within the first time interval M can be completely captured.
- Figure 3b shows the time interval M and two subintervals M ⁇ and M 2 and schematically the temporal position of the backscattered light pulses.
- the light backscattered from the object point 10 is completely detected in the first subinterval M x .
- the backscattered light of the object point 11 partly falls into the first subinterval M and partly into the second subinterval M 2 , while the light backscattered from the object point 12 is no longer detected in the first subinterval M x , but falls completely into the second subinterval M 2 ,
- the charges generated during the detection are collected in charge detectors S 1D of the detector, the charges generated in the first subinterval M x in S ⁇ (FIG.
- the detection process can be for all light-sensitive cells Z 1D of the detector can be carried out simultaneously, with only a single emitted light pulse being required to obtain all the data required for calculating the distance image if the intensity is sufficient.
- the light echo intensity detected as a charge can be used within a partial interval M or the total interval M of the detector pixel in question. If, for example, the charges q x: 1 in the charge store S 1D1 are normalized with the charges q ⁇ : 2 in the charge store S 1D2 , then a size can be obtained for the pixel ij, which represents a measure of the transit time of the light pulse and so that the distance of the corresponding object point to the detector represents.
- a size can be obtained for each pixel that is independent of the transit time of the light pulse for all objects in the measurement interval and can thus serve as a gray-scale pixel.
- the object to be displayed is exposed to an intense stray light such as sunlight, it is furthermore advantageous or depending on the intensity relationships between the light pulse and stray light to generate an environmental image that contains these stray light components (FIG. 4a) and is used to correct the partial images.
- the environmental light is detected for each pixel during a second time interval K according to FIG. 4c, that is to say the charges generated in each light-sensitive cell Z 13 during the second time interval K are stored in the third charge range S.- 3 assigned to the cell in question ,
- the time interval K for the acquisition of the environmental light image is advantageously chosen such that stray light components of the light pulse from objects outside the scene under consideration have no or only a negligible influence and are as close as possible to the interval M in order to represent the environmental light conditions applicable at that time as precisely as possible to ensure.
- the time interval K is preferably set immediately before the emission of the light pulse (FIG. 4c).
- the intensity of the light pulse is sufficient, the entire amount of information for a distance image is obtained with a light pulse in a time interval of, for example, 50 ns.
- a light pulse in a time interval of, for example, 50 ns.
- the optoelectronic sensor in order to improve the signal-to-noise ratio, it is possible to repeat this process several times and to accumulate the charges generated by several light pulses in the charge stores of the light-sensitive cells. For example, when using laser diodes with a duty cycle of 1% as the light source, a pulse length of 10 ns and an image frequency of 100 Hz, it is possible to accumulate the charges of 10,000 light pulses. The exact value depends on the readout time of the optoelectronic sensor.
- Each pixel of the distance image is then calculated from the respective first to third charge stores of each light-sensitive cell.
- FIG. 5 shows two possible ways of calculating a quantity Q from the contents q 1Dk of the charge store S ⁇ : k , which is monotonously dependent on the distance of the respective object point.
- 5a and 5b are the charges registered in the subintervals M. and M 2 and the charges q 11 l q captured in the charge stores S 13l / S 1-2 . -2 displayed depending on the distance of the object point.
- FIG. 5c shows the charge q 1D3 which is collected in the charge store S. 3 during the interval K. In the interval K there is no echo of the incident light pulse, only ambient light is registered.
- the inverse function of Q (z) has to be used, which can be done, for example, via a lookup table operation.
- the gray image which is independent of the distance, can be calculated from the sum of the charges q 13l and q.- 2 for each pixel.
- FIG. 3c shows schematically the decline in backscattered identity with increasing distance of the object points 10, 11, 12 and an exemplary division of the measurement interval into three sub-intervals M 1 ', M''and M 2 .
- FIG. 6a An object 11 (FIG. 6a), which is illuminated by a light pulse 2, generates the backscattered light pulse 4, which is detected by each light-sensitive cell Z.
- ⁇ during the interval M and in the n sub-intervals M x - M n (FIG. 6b) depending on the arrival time at the detector either charges or no charges are generated.
- the charges obtained during each subinterval are transferred to the associated charge stores S 1Dk of the photosensitive cell Z 13 .
- Figure 7 shows schematically the architecture of the corresponding sensor.
- a check is carried out to determine whether the memory contents exceed a threshold value and whether there is a signal. If this is the case, the value 1 is assigned to all such memories and the value 0 to all other memories.
- the distance for each pixel can then be determined from the known duration of the partial intervals and the phase reference for the emission of the light pulse by determining the first memory of each pixel, the content of which exceeds the threshold value (FIG. 7).
- the threshold value can, for example, be set to a constant value for all pixels or can be dynamically adapted to the scenery for each pixel.
- z (E ⁇ :) is the distance in the pixel E 13
- k 1 is the index of the first memory of the corresponding light-sensitive cell, the signal of which is above the threshold value
- z represents the change in distance belonging to the duration of the subintervals.
- this embodiment of the invention has the following advantages:
- the light generated with the light pulses is fully used. Furthermore, the three image types mentioned above are each obtained at the same location, that is to say at the same image points of the optoelectronic sensor, so that the image points of the distance image are calculated from charge densities that represent or depict identical object points and that no parallax errors occur. Since the three types of images mentioned can be obtained essentially simultaneously, that is to say from a single incident light pulse, the respective charges also relate to identical spatial configurations.
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von 3D-Ent fernungsbi 1 dem Method and device for generating 3D Entferungsbi 1 dem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von 3D-Entfernungsbildern.The invention relates to a method and a device for generating 3D distance images.
Es sind bereits Verfahren und Vorrichtungen zum Beispiel in Form von Sensorsystemen bekannt, mit denen Entfernungsbilder auf der Grundlage einer punktweisen Ermittlung von Entfernungen gewonnen werden, die entweder auf dem Laufzeitprinzip oder mittels Phasenmodulation eines Laserstrahls zum Beispiel mit Scannern berechnet werden. Nachteilig hierbei ist jedoch die Notwendigkeit der Verwendung von mechanisch bewegten Teilen zur Ablenkung des Laserstrahls und die sequentielle Ermittlung der einzelnen Bildpunkte eines Bildes. Letzteres führt in bewegten Szenarien dazu, dass das Entfernungsbild eine Überlagerung aller auftretenden räumlichen Konfigurationen des Zeitintervalls repräsentiert, das für die bildpunktweise Aufnahme des Entfernungsbildes benötigt wird. Weiterhin sind Verfahren unter Verwendung von bildpunktauflösenden Detektoren wie zum Beispiel CCDs beschrieben worden.Methods and devices, for example in the form of sensor systems, are already known, with which distance images are obtained on the basis of a point-by-point determination of distances, which are calculated either on the runtime principle or by means of phase modulation of a laser beam, for example with scanners. However, the disadvantage here is the need to use mechanically moving parts to deflect the laser beam and the sequential determination of the individual pixels of an image. The latter leads in moving scenarios that the distance image represents a superposition of all occurring spatial configurations of the time interval that is required for the pixel-by-point recording of the distance image. Methods using pixel-resolving detectors such as CCDs have also been described.
Aus der DE 44 47 117 Cl ist ein farbcodiertes SD- Bilderkennungsverfahrens bekannt, bei dem die dreidimensionale Lage der Objektpunkte aus den Farbverteilungen der Objektpunkte von zwei Bildern errechnet wird, die durch Aufnahme des Objektes mit durch Lichtintensitätsmodulatoren erzeugten Lichtpulsen gewonnen werden, wobei einer der Lichtintensitätsmodulatoren bei einem Bild auf Durchlaß geschaltet ist und der andere Lichtintensitätsmodulator bei dem anderen Bild mit einer geeigneten Zeitverzögerung angesteuert wird. Auf diese Weise werden modulierte Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf das Objekt ausgesendet und ein einem Bilddetektor vorgeschalteter Lichtschalter oder Lichtintensitätsmodulator so betätigt, dass der dadurch jeweils erfasste momentane Modulationswert eines reflektierten Lichtstrahls eine Funktion der unterschiedlichen räumlichen Lage des beleuchteten Objektpunktes ist. Alternativ zu dem Pulsbetrieb ist auch ein kontinuierlicher periodischer Betrieb mit geeignet gewählten Phasenverschiebungen der Lichtintensitätsmodulatoren möglich .A color-coded SD image recognition method is known from DE 44 47 117 C1, in which the three-dimensional position of the object points is calculated from the color distributions of the object points from two images, which are obtained by recording the object with light pulses generated by light intensity modulators, one of the light intensity modulators is switched to transmission in one picture and the other light intensity modulator in the other picture is driven with a suitable time delay. In this way, modulated light beams of different wavelengths are emitted onto the object and a light switch or light intensity modulator connected upstream of an image detector is actuated in such a way that the instantaneous modulation value of a reflected light beam detected thereby is a function of the different spatial position of the illuminated object point. As an alternative to pulsed operation, continuous periodic operation with suitably selected phase shifts of the light intensity modulators is also possible.
Aus der WO 99/34235 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem / der das Objekt zum Beispiel mit Laserdioden kurzzeit-belichtet wird. Zur Aufnahme des Bildes dient ein Bildsensor mit hoher Lichtempfindlichkeit, der pixelauflösend und wahlfrei auslesbar ist sowie eine für jedes Pixel einstellbare Integrationszeit aufweist . Durch Auswertung der zurückgestreuten Lichtimpulse in zwei Integrationsfenstern mit unterschiedlichen Integrationszeiten sowie durch Mittelung über mehrere Lichtimpulse lassen sich dreidimensionale Abstandsbilder erzeugen.A method and a device are known from WO 99/34235, in which the object is briefly exposed, for example with laser diodes. An image sensor with high light sensitivity is used to record the image, which can be read out in a pixel-resolution manner and can be read out at will, and has an integration time that can be set for each pixel. By evaluating the backscattered light pulses in two integration windows with different integration times and by averaging over several light pulses, three-dimensional distance images can be generated.
Gemeinsame Nachteile dieser Verfahren beziehungsweise Vorrichtungen bestehen darin, dass die Pixelwerte, die für die Berechnung der jeweiligen Entfernungsbildpunkte benötigt werden, vom Echo unterschiedlicher Lichtpulse abgeleitet werden und entweder in zeitlicher Abfolge erzeugt und / oder in unterschiedlichen lichtempfindlichen Zellen gewonnen werden.Common disadvantages of these methods or devices are that the pixel values that are required for the calculation of the respective distance image points are derived from the echo of different light pulses and are either generated in chronological order and / or are obtained in different light-sensitive cells.
Da die Messwerte zur Berechnung der Entfernungsbildpunkte (innerhalb der Entfernungsbilder) sequentiell und somit zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen werden, kann sich die räumliche Konfiguration der zu messenden Szenerie inzwischen verändert haben.Since the measured values for calculating the distance pixels (within the distance images) are recorded sequentially and therefore at different times, the spatial configuration of the scene to be measured may have changed in the meantime.
Durch den zeitlichen Versatz zwischen den Belichtungsvorgängen entsteht bei bewegter Szenerie oder bewegtem Sensor bei allen Entfernungsbildpunkten, die von der Bewegung betroffen sind, bedingt durch fehlerhafte Normierung, ein Berechnungsfehler.Due to the temporal offset between the exposure processes, a calculation error occurs in the case of moving scenery or a moving sensor for all distance pixels that are affected by the movement due to incorrect standardization.
Außerdem führt der höhere Bedarf an Lichtpulsen zu einer unnötig hohen ausgestrahlten Lichtleistung, so dass sich eher Probleme mit der Augensicherheit ergeben können .In addition, the higher need for light pulses leads to an unnecessarily high emitted light output, so that problems with eye safety may arise.
Sofern die Gewinnung der Messwerte zur Berechnung der Entfernungspixel in unterschiedlichen lichtempfindlichen Zellen eines bildpunktauflösenden Sensors erfolgt, kann auch bei unbewegter Szenerie eine fehlerhafte Normierung die Folge sein.If the acquisition of the measured values for calculating the distance pixels in different If light-sensitive cells of a pixel-resolving sensor occurs, an incorrect standardization can result even when the scenery is still.
Ferner ist aus der DE 43 05 011 C2 bekannt, Rückstreuimpulse in mindestens zwei aufeinander folgenden Zeit-Teilintervallen integrierend zu registrieren und aus den integrierten Signalen der Teilintervalle Entfernungen zu berechnen.Furthermore, it is known from DE 43 05 011 C2 to integrate backscattering pulses in at least two successive time subintervals and to calculate distances from the integrated signals of the subintervals.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von SD- Entfernungsbildern zu schaffen, die in besonders kurzen Zeitintervallen sowie mit einer wesentlich geringeren Lichtleistung aufgenommen werden können.The invention is therefore based on the object of providing a method and a device for generating SD distance images which can be recorded in particularly short time intervals and with a significantly lower light output.
Weiterhin soll mit der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von 3D-Entfernungsbildern geschaffen werden, mit dem / der alle Messwerte, die zur Erzeugung von Entfernungsbildpunkten benötigt werden, durch die Streuung eines einzelnen Laserpulses in besonders kurzen Zeitintervallen gewonnen werden können .Furthermore, the invention is intended to provide a method and a device for generating 3D distance images, with which all the measurement values required for generating distance image points can be obtained in particularly short time intervals by the scattering of a single laser pulse.
Schließlich soll mit der Erfindung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von SD- Entfernungsbildern geschaffen werden, bei dem / der alle Messwerte für einen Entfernungsbildpunkt in der gleichen lichtempfindlichen Zelle gewonnen werden können .Finally, the invention is also intended to create a method and a device for generating SD distance images, in which all measured values for a distance image point can be obtained in the same light-sensitive cell.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Erzeugung von 3D-Entfernungsbilder aus folgenden Schritten: Aussenden eines Lichtpulses in Richtung auf ein abzubildendes Objekt einer Szenerie; Abbilden eines Objektes auf einen lichtempfindlichen und ortsauflösenden Sensor, dessen Zellen der Belichtung entsprechende Ladungen erzeugen und Registrierung der von den verschiedenen Objektpunkten zurückgestreuten Lichtpulse innerhalb eine Zeitintervalls M, das so bemessen und gegenüber dem Lichtpuls-Sendebeginn zeitlich so verschoben ist, daß die Rückstreupulse für jeden Bildpunkt in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit ganz oder teilweise erfaßt werden,- Speichern der während eines ersten Teilintervalls (M des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen in einem dem betreffenden Bildpunkt zugeordneten ersten Leitungsspeicher sowie der während eines zweiten, an das erste Teilintervall (M anschließenden Teilintervalls (M2) des Zeitintervalls M erzeugten Ladungen in einem dem selben Bildpunkt zugeordneten Ladungsspeicher; und Berechnen eines 3D-Entfernungsbildes aus den für jeden Bildpunkt in dem ersten und zweiten Ladungsspeicher gespeicherten Ladungen.This task is solved with a method for generating 3D distance images from the following steps: Emitting a light pulse in the direction of an object of a scenery to be imaged; Imaging an object on a light-sensitive and spatially resolving sensor, the cells of which generate charges corresponding to the exposure and registration of the light pulses scattered back from the various object points within a time interval M, which is dimensioned and shifted in time relative to the start of the light pulse transmission such that the backscatter pulses for everyone Pixels are completely or partially detected depending on their running time, - storing the charges generated during a first subinterval (M of the time interval (M) in a first line memory assigned to the relevant pixel as well as during a second subinterval subsequent to the first subinterval (M) (M 2 ) of the time interval M generated charges in a charge memory assigned to the same pixel, and calculating a 3D distance image from the charges stored for each pixel in the first and second charge memories.
Die Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit folgender Merkmalskombination gelöst, einer Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtpulses in Richtung auf ein abzubildendes Objekt einerThe object is further achieved with a device for carrying out the method with the following combination of features, a light source for emitting a light pulse in the direction of an object to be imaged
Szenerie;Scenery;
Mitteln zum Abbilden des Objekts auf einen lichtempfindlichen und ortsauflösenden Sensor, dessen Zellen der Belichtung entsprechendeMeans for imaging the object on a light-sensitive and spatially resolving sensor whose cells correspond to the exposure
Ladungen erzeugen, und Mittel zur Registrierung der von den verschiedenen Objektpunkten zurückgestreuten Lichtpulse innerhalb eines Zeitintervalls (M) , das so bemessen und gegenüber dem Lichtpuls-Sendebeginn zeitlich so verschoben ist, daß die Rückstreupulse für jeden Bildpunkt in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit ganz oder teilweise erfaßt werden,- mindestens ersten und zweiten Ladungsspeichern, die jeweils den Zellen des Sensors zugeordnet sind zum Speichern von durch die betreffende Zelle während eines ersten Teilintervalls (M) sowie während eines zweiten, an das erste Teilintervall (Mx) anschließenden Teilintervalls (M2) des Zeitintervalls (M) erzeugten Ladungen,- und Mittel zum Berechnen eines 3D-Entfernungsbildes aus den für jeden Bildpunkt in den zugeordneten Ladungsspeichern gespeicherten Ladungen.Generate loads and means of registration of the light pulses scattered back from the various object points within a time interval (M), which is dimensioned and shifted in time relative to the start of the light pulse transmission in such a way that the backscattered pulses for each pixel are recorded in whole or in part depending on their transit time, - at least first and second Charge stores, which are each assigned to the cells of the sensor, for storing charges generated by the cell in question during a first subinterval (M) and during a second subinterval (M 2 ) of the time interval (M) following the first subinterval (M x ) , - and means for calculating a 3D distance image from the charges stored for each pixel in the associated charge stores.
Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zu Grunde, dass unter Einsatz eines bildpunktauflösenden optoelektronischen Sensors, dessen einzelne Bildpunkte mit mehreren Ladungsspeichern versehen sind, eine extrem schnelle Vorrichtung zur Gewinnung von Entfernungsbildern bei gleichzeitig vollständiger Nutzung der Energie der ausgesendeten Lichtpulse geschaffen werden kann, wobei alle Messwerte zur Bestimmung des Entfernungsbildes mit einem Lichtpuls gewonnen werden können . Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die ausgestrahlte Lichtenergie im Interesse einer Augensicherheit durch deren optimale Nutzung auf ein Minimum reduziert werden kann. Außerdem sind keine mechanisch bewegten Teilen erforderlich.The invention is therefore based on the knowledge that by using an image-resolving optoelectronic sensor, the individual image points of which are provided with a plurality of charge stores, an extremely fast device for obtaining distance images can be created with simultaneous complete use of the energy of the emitted light pulses, with all measured values can be obtained with a light pulse to determine the distance image. One advantage of this solution is that the light energy emitted can be reduced to a minimum in the interest of eye safety through its optimal use. In addition, no mechanically moving parts are required.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass, sofern es erforderlich ist, die Aufnahmevorgänge in kurzen Zeitabständen wiederholt werden können, so dass Mehrfachbelichtungen und LadungsIntegrationen während der Aufnahme eines Bildes möglich sind. Auch bei Mehrfachbelichtungen können keine Berechnungsfehler durch zeitliche Abfolgen entstehen, da die akkumulierten Teilsignale relativ zueinander fehlerfrei sind.Another advantage of this solution is that, if necessary, the shooting processes can be repeated at short intervals, so that multiple exposures and charge integrations are possible during the taking of an image. Even with multiple exposures, no calculation errors can occur due to temporal sequences, since the accumulated partial signals are error-free relative to one another.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zum Inhalt.The subclaims have advantageous further developments of the invention.
Danach wird insbesondere gemäß Anspruch 3 zur Korrektur des Einflusses von Störlicht auf die gewonnenen Messsignale jeder lichtempfindlichen Zelle jeweils ein dritter Ladungsspeicher zugeordnet, so dass ein Umweltbild erzeugt werden kann, das diese Störlichtanteile beinhaltet.According to claim 3, a third charge storage device is assigned to each light-sensitive cell in order to correct the influence of stray light on the measurement signals obtained, so that an environmental image can be generated that contains these stray light components.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt :Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing. It shows :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines prinzipiellen Aufbaus zur erfindungsgemäßen Erzeugung von 3D-Bildern,- Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Speicherarchitektur eines Sensors,-1 is a schematic representation of a basic structure for generating 3D images according to the invention, 2 shows a schematic representation of a first memory architecture of a sensor,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer ersten Erzeugung verschiedener Teilbilder;3 shows a schematic illustration of a first generation of different partial images;
Fig. 4 ein Zeittaktdiagramm;4 is a timing diagram;
Fig . 5 verschiedene Diagramme zur Berechnung einer normierten Größe Q als Maß für die Entfernung,Fig. 5 different diagrams for calculating a standardized quantity Q as a measure of the distance,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Erzeugung verschiedener Teilbilder; und6 shows a schematic illustration of a second generation of different partial images; and
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zweiten Speicherarchitektur eines Sensors .Fig. 7 is a schematic representation of a second memory architecture of a sensor.
Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau, mit dem erfindungsgemäß Entfernungsbilder (3D-Bilder) gewonnen werden. Von einer Lichtquelle 1 werden Lichtpulse 2 auf ein Objekt 3 (oder eine Szenerie) ausgesendet, die dort reflektiert werden. In Abhängigkeit von den Streu- und Reflektionseigenschaften des Objektes 3 gelangt der Lichtpuls 2 mit entsprechend verminderter Idensität als gestreuter Lichtpuls 4 zurück zu einer Aufnahmekamera 5 und fällt dort durch eine Linse 6 auf einen optoelektronischen, bildpunktauflösendenFigure 1 shows schematically the structure with which distance images (3D images) are obtained according to the invention. Light pulses 2 are emitted from a light source 1 onto an object 3 (or a scenery), which are reflected there. Depending on the scattering and reflection properties of the object 3, the light pulse 2, with a correspondingly reduced identity, returns as a scattered light pulse 4 to a recording camera 5 and falls there through a lens 6 onto an optoelectronic, pixel-resolving element
(pixelauflösenden) Sensor 7. Die durch den Sensor erfassten Intensitätswerte werden mit einer Signalauswerteeinrichtung 8 in nachfolgend noch beschriebener Weise ausgewertet, und es wird daraus ein Entfernungsbild (3D-Bild) berechnet. Die Lichtquelle 1 ist vorzugsweise ein konstruktiver Bestandteil der Kamera 5.(Pixel-resolving) sensor 7. The intensity values detected by the sensor are evaluated with a signal evaluation device 8 in the manner described below, and a distance image (3D image) is calculated therefrom. The light source 1 is preferably a structural component of the camera 5.
Figur 2 zeigt die prinzipielle Architektur und Organisation des pixelauflösenden optoelektronischen Sensors 7. Der Sensor umfasst für jeden Bildpunkt eine lichtempfindliche Zelle Z1D, der ein erster, ein zweiter und ein dritter Ladungsspeicher S^k (k = 1, 2, 3) zugeordnet sind. Die lichtempfindlichen Zellen sind in Zeilen (Index i) und Spalten (Index j) entsprechend der Geometrie des zu erzeugenden 3D-Bildes angeordnet bzw. organisiert.FIG. 2 shows the basic architecture and organization of the pixel-resolving optoelectronic sensor 7. The sensor comprises a light-sensitive cell Z 1D for each pixel, to which a first, a second and a third charge store S ^ k (k = 1, 2, 3) are assigned , The light-sensitive cells are arranged or organized in rows (index i) and columns (index j) according to the geometry of the 3D image to be generated.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur SD- Bilderzeugung soll nun an Hand der Figuren 3 und 4 beschrieben werden.The sequence of the method according to the invention and the function of the device for SD image generation according to the invention will now be described with reference to FIGS. 3 and 4.
Das Entfernungsbild (3D-Bild) wird aus zwei Teilbildern berechnet, wobei gegebenenfalls zusätzlich ein Umweltbild ermittelt und bei der Berechnung des Entfernungsbildes berücksichtigt wird.The distance image (3D image) is calculated from two partial images, an environmental image possibly also being determined and taken into account when calculating the distance image.
Durch das Aussenden eines Lichtpulses 2 mit der Länge L zum Zeitpunkt t0 gemäß Figur 4b durch die vorzugsweise an der Kamera 5 montierte Lichtquelle 1 in Richtung auf das Objekt 3 werden beide Teilbilder erzeugt. Der Lichtpuls wird gemäß Figur 3a an verschiedenen Objektpunkten 10, 11, 12 des Objektes, die unterschiedliche Entfernungen z innerhalb eines Bereiches zwischen einer minimalen Entfernung zmιn und einer maximalen Entfernung z,,^ von der Lichtquelle 1 aufweisen, reflektiert. Um diese unterschiedlichen Entfernungen zu erfassen, werden die zurückgestreuten Lichtpulse 4 innerhalb eines ersten Zeitintervalls M > L (Figur 4d) detektiert, d.h. die Kamera 5 wird synchron mit der Emission der Lichtpulse 2 zu einem Zeitpunkt tx für das erste Zeitintervall M aktiviert. Die Länge und die zeitliche Lage des ersten Intervalls M ist in vorteilhafter Weise so gewählt, dass die an den betreffenden Objektpunkten 10, 11, 12 gestreuten Lichtpulse in Abhängigkeit von ihrer Laufzeit, d.h. von der Entfernung der Objektpunkte von der Lichtquelle, innerhalb des ersten Zeitintervalls M ganz erfasst werden .By emitting a light pulse 2 with the length L at time t 0 according to FIG. 4b through the light source 1 preferably mounted on the camera 5 in the direction of the object 3, both partial images are generated. According to FIG. 3a, the light pulse is reflected at different object points 10, 11, 12 of the object, which have different distances z within a range between a minimum distance z min and a maximum distance z ,, ^ from the light source 1. To cover these different distances, the backscattered ones are Light pulses 4 are detected within a first time interval M> L (FIG. 4d), ie the camera 5 is activated synchronously with the emission of the light pulses 2 at a time t x for the first time interval M. The length and the temporal position of the first interval M is advantageously chosen such that the light pulses scattered at the relevant object points 10, 11, 12 depend on their transit time, ie on the distance of the object points from the light source, within the first time interval M can be completely captured.
Figur 3b zeigt das Zeitintervall M sowie zwei Teilintervalle Mλ und M2 und schematisch die zeitliche Lage der rückgestreuten Lichtpulse. Das vom Objektpunkt 10 rückgestreute Licht wird im ersten Teilintervall Mx vollständig erfasst. Das rückgestreute Licht des Objektpunktes 11 fällt teilweise in das erste Teilintervall M und teilweise in das zweite Teilintervall M2, während das von dem Objektpunkt 12 rückgestreute Licht in dem ersten Teilintervall Mx nicht mehr erfasst wird, sondern vollständig in das zweite Teilintervall M2 fällt. Die während der Detektion entstehenden Ladungen werden in Ladungsspeiehern S1D des Detektors aufgefangen, wobei die in dem ersten Teilintervall Mx erzeugten Ladungen in Sι (Figur 4e) und die in dem zweiten Teilintervall M2 erzeugten Ladungen in S^2 (Figur 4f) gespeichert werden. Dies bedeutet, dass der rückgestreute Lichtimpuls durch die Teilintervalle von M entsprechend seiner Laufzeit in unterschiedlichem Maße beschnitten wird und somit die Laufzeit des Lichtechos die in den Ladungsspeichern S13l, S1-2 aufgefangene Ladung beeinflusst. Der Detektionsvorgang kann für alle lichtempfindlichen Zellen Z1D des Detektors gleichzeitig vorgenommen werden, wobei bei ausreichender Intensität nur ein einziger abgestrahlter Lichtimpuls zur Gewinnung aller erforderlichen Daten für die Berechnung des Entfernungsbildes benötigt wird.Figure 3b shows the time interval M and two subintervals M λ and M 2 and schematically the temporal position of the backscattered light pulses. The light backscattered from the object point 10 is completely detected in the first subinterval M x . The backscattered light of the object point 11 partly falls into the first subinterval M and partly into the second subinterval M 2 , while the light backscattered from the object point 12 is no longer detected in the first subinterval M x , but falls completely into the second subinterval M 2 , The charges generated during the detection are collected in charge detectors S 1D of the detector, the charges generated in the first subinterval M x in S ι (FIG. 4e) and the charges generated in the second subinterval M 2 in S ^ 2 (FIG. 4f) get saved. This means that the backscattered light pulse is trimmed to different extents by the subintervals of M in accordance with its transit time, and thus the transit time of the light echo influences the charge captured in the charge stores S 13l , S 1-2 . The detection process can be for all light-sensitive cells Z 1D of the detector can be carried out simultaneously, with only a single emitted light pulse being required to obtain all the data required for calculating the distance image if the intensity is sufficient.
Da nicht nur die Laufzeit des rückgestreuten Lichtes, sondern auch die im allgemeinen unterschiedlichen Streueigenschaften von Objektoberflächen die in den Teilintervallen registrierten Ladungen beeinflussen, ist eine Normierung der detektierten Echointensitäten erforderlich. Zur Normierung kann dabei die als Ladung detektierte Licht-Echointensität innerhalb eines Teilintervalls M. oder des Gesamtintervalls M des betreffenden Detektorbildpunktes genutzt werden. Normiert man zum Beispiel die in dem Ladungsspeicher S1Dl aufgefangenen Ladungen qx:1 mit den Ladungen qι:2 in dem Ladungsspeicher S1D2, so läßt sich für den Bildpunkt ij eine Größe gewinnen, die ein Maß für die Laufzeit des Lichtpulses darstellt und damit die Entfernung des korrespondierenden Objektpunktes zum Detektor repräsentier .Since not only the transit time of the backscattered light, but also the generally different scattering properties of object surfaces influence the charges registered in the subintervals, normalization of the detected echo intensities is necessary. For normalization, the light echo intensity detected as a charge can be used within a partial interval M or the total interval M of the detector pixel in question. If, for example, the charges q x: 1 in the charge store S 1D1 are normalized with the charges q ι: 2 in the charge store S 1D2 , then a size can be obtained for the pixel ij, which represents a measure of the transit time of the light pulse and so that the distance of the corresponding object point to the detector represents.
Darüber hinaus kann man durch Zusammenfassen aller während der Teilintervalle Mλ und M2 detektierten Ladungen für jeden Bildpunkt eine Größe gewinnen, die für alle Objekte in dem Messintervall unabhängig von der Laufzeit des Lichtimpulses ist und damit als Grauwertbildpunkt dienen kann.In addition, by combining all the charges detected during the sub-intervals M λ and M 2, a size can be obtained for each pixel that is independent of the transit time of the light pulse for all objects in the measurement interval and can thus serve as a gray-scale pixel.
Wenn das darzustellende Objekt einem intensiven Störlicht wie zum Beispiel Sonnenlicht ausgesetzt ist, ist es weiterhin vorteilhaft oder in Abhängigkeit von den Intensitätsverhältnissen zwischen Lichtpuls und Störlicht erforderlich, ein Umweltbild zu erzeugen, das diese Störlichtanteile (Figur 4a) beinhaltet und zur Korrektur der Teilbilder herangezogen wird. Zu diesem Zweck wird während eines zweiten Zeitintervalls K gemäß Figur 4c zu jedem Bildpunkt das Umweltlicht detektiert, das heißt es werden die während des zweiten Zeitintervalls K in jeder lichtempfindlichen Zelle Z13 erzeugten Ladungen in dem der betreffenden Zelle zugeordneten dritten Ladungsspeiehe S.-3 gespeichert .If the object to be displayed is exposed to an intense stray light such as sunlight, it is furthermore advantageous or depending on the intensity relationships between the light pulse and stray light to generate an environmental image that contains these stray light components (FIG. 4a) and is used to correct the partial images. For this purpose, the environmental light is detected for each pixel during a second time interval K according to FIG. 4c, that is to say the charges generated in each light-sensitive cell Z 13 during the second time interval K are stored in the third charge range S.- 3 assigned to the cell in question ,
Das Zeitintervall K für die Gewinnung des Umweltlichtbildes wird vorteilhaft so gewählt, dass Streulichtanteile des Lichtpulses von Objekten außerhalb der betrachteten Szenerie keinen oder nur einen vernachlässigbar geringen Einfluß haben und möglichst zeitnah zum Intervall M liegen, um eine möglichst exakte Repräsentation der zu dieser Zeit geltenden Umweltlichtbedingungen zu gewährleisten. Vorzugsweise wird das Zeitintervall K unmittelbar vor die Emission des Lichtpulses gelegt (Figur 4c) .The time interval K for the acquisition of the environmental light image is advantageously chosen such that stray light components of the light pulse from objects outside the scene under consideration have no or only a negligible influence and are as close as possible to the interval M in order to represent the environmental light conditions applicable at that time as precisely as possible to ensure. The time interval K is preferably set immediately before the emission of the light pulse (FIG. 4c).
Bei ausreichender Intensität des Lichtpulses wird mit einem Lichtpuls in einem Zeitintervall von zum Beispiel 50 ns die gesamte Informationsmenge für ein Entfernungsbild gewonnen. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren beziehungsweise eine entsprechende Vorrichtung auch zur Aufnahme von sehr schnellen Vorgänge geeignet ist.If the intensity of the light pulse is sufficient, the entire amount of information for a distance image is obtained with a light pulse in a time interval of, for example, 50 ns. This means that the method according to the invention or a corresponding device is also suitable for recording very fast processes.
Zur Verbesserung des Signal-/ Rauschverhältnisses besteht bei geeigneter Architektur des optoelektronischen Sensors die Möglichkeit, diesen Vorgang mehrfach zu wiederholen und die durch mehrere Lichtpulse erzeugten Ladungen in den Ladungsspeichern der lichtempfindlichen Zellen zu akkumulieren. Beispielsweise ist es möglich, bei der Benutzung von Laserdioden mit einem Schaltverhältnis (duty cycle) von 1 % als Lichtquelle, einer Pulslänge von 10 ns und einer Bildfrequenz von 100 Hz, die Ladungen von 10000 Lichtimpulsen zu akkumulieren. Der exakte Wert hängt dabei von der Auslesezeit des optoelektronischen Sensors ab.With a suitable architecture of the optoelectronic sensor, in order to improve the signal-to-noise ratio, it is possible to repeat this process several times and to accumulate the charges generated by several light pulses in the charge stores of the light-sensitive cells. For example, when using laser diodes with a duty cycle of 1% as the light source, a pulse length of 10 ns and an image frequency of 100 Hz, it is possible to accumulate the charges of 10,000 light pulses. The exact value depends on the readout time of the optoelectronic sensor.
Aus den jeweiligen ersten bis dritten Ladungsspeichern jeder lichtempfindlichen Zelle wird dann jeder Bildpunkt des Entfernungsbildes berechnet.Each pixel of the distance image is then calculated from the respective first to third charge stores of each light-sensitive cell.
Figur 5 zeigt zwei mögliche Arten der Berechnung einer Größe Q aus den Inhalten q1Dk der Ladungsspeicher Sι:k, die monoton von der Entfernung des jeweilige Objektpunktes abhängig ist. In Figur 5a und 5b sind die in den Teilintervallen M. und M2 registrierten Ladungen und die in den Ladungsspeichern S13l/ S1-2 aufgefangenen Ladungen q ll l q.-2 in Abhängigkeit von der Entfernung des Objektpunktes dargestellt. Figur 5c zeigt die Ladung q1D3 , die während des Intervalls K im Ladungsspeicher S.-3 aufgefangen wird. In dem Intervall K trifft kein Echo des eingestrahlten Lichtimpulses ein, sondern es wird nur Umgebungslicht registriert.FIG. 5 shows two possible ways of calculating a quantity Q from the contents q 1Dk of the charge store S ι: k , which is monotonously dependent on the distance of the respective object point. 5a and 5b are the charges registered in the subintervals M. and M 2 and the charges q 11 l q captured in the charge stores S 13l / S 1-2 . -2 displayed depending on the distance of the object point. FIG. 5c shows the charge q 1D3 which is collected in the charge store S. 3 during the interval K. In the interval K there is no echo of the incident light pulse, only ambient light is registered.
Als Beispiel für die Kompensation des Umgebungslichtes, die Normierung auf die Streueigenschaften des Objektes und die eingestrahlte Lichtintensität zur Gewinnung der Größe Q können folgende Gleichungen I und II dienen:The following equations I and II can serve as examples for the compensation of the ambient light, the normalization to the scattering properties of the object and the irradiated light intensity to obtain the quantity Q:
[Gl . I] : Qτ = { q13l - q ( t2 tx) / ( ts t4 ) } / {q_3- - q-,,3 ( t3 - t2 ) / ( t5 - t4 ) } und[Eq. I]: Q τ = {q 13l - q (t 2 t x ) / (t s t 4 ) } / {q_ 3 - - q- ,, 3 (t 3 - t 2 ) / (t 5 - t 4 ) } and
[Gl . II ] : Q I { _32 - qlD3 ( t3 ■ t2 ) / ( t5 t4 ) } / {q13l + q-.D2 - 1D3 ( t3 t / ( t5 - t4 ) } In den Figuren 5d und 5e sind die Verläufe der Funktionen Q-(z) und QΣI(z) schematisch dargestellt. Andere Arten der Normierung durch Vertauschen der Rollen von q1Dl und q1D- oder durch Bildung von 1/Q^ bzw. 1/Qι:r führen ebenfalls auf monotone Funktionen, die zur Entfernungsbestimmung verwendet werden können.[Eq. II]: Q I {_ 3 2 - q lD3 (t 3 ■ t 2 ) / (t 5 t 4 ) } / {q 13l + q-. D 2 - 1D 3 (t 3 t / (t 5 - t 4 )} The curves of the functions Q- (z) and Q ΣI (z) are shown schematically in FIGS . 5d and 5e. Other types of standardization by swapping the roles of q 1Dl and q 1D - or by forming 1 / Q ^ or 1 / Q ι: r also lead to monotonous functions that can be used to determine the distance.
Um aus der normierten Größe Q auf die Entfernung z zu schließen, ist die Umkehrfunktion von Q(z) anzuwenden, was zum Beispiel über eine Nachschlage- Tabellenoperation erfolgen kann. Das von der Entfernung unabhängige Graubild kann aus der Summe der Ladungen q13l und q.-2 für jeden Bildpunkt berechnet werden.In order to deduce the distance z from the normalized quantity Q, the inverse function of Q (z) has to be used, which can be done, for example, via a lookup table operation. The gray image, which is independent of the distance, can be calculated from the sum of the charges q 13l and q.- 2 for each pixel.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Messintervall in mehr als zwei Teilintervalle zerlegt und damit korrespondierend jede lichtempfindliche Zelle des Sensors mit einer entsprechenden Anzahl von Speichern versehen.In a further embodiment of the invention, the measurement interval is broken down into more than two subintervals and each light-sensitive cell of the sensor is accordingly provided with a corresponding number of memories.
Bei einer vorteilhaften Wahl der Länge der Teilintervalle und einer gegebenen Größe der Ladungsspeicher läßt sich dadurch zum Beispiel die Dynamik des Verfahrens erhöhen. Figur 3c zeigt dazu schematisch den Abfall der rückgestreuten Idensität mit zunehmender Entfernung der Objektpunkte 10, 11, 12 sowie eine beispielhafte Aufteilung des Messintervalls in drei Teilintervalle M1', M ' ' und M2. Die Ermittlung der Entfernungsbilder kann dann beispielsweise völlig analog zu dem in Gleichung (1) oder Gleichung (2) aufgezeigten Verfahren erfolgen, wenn q13l = qι ' + qι ' ' gesetzt wird und q13l ' und qX]1 ' ' die in den Intervallen M ' und M1 ' ' akkumulierten Ladungen repräsentieren. Ein anderes Verfahren bei der Bestimmung von Entfernungsbildern wird insbesondere dann interessant, wenn das Intervall M in eine größere Anzahl von Teilintervallen zerlegt wird. Ein Objekt 11 (Figur 6a) , das durch einen Lichtpuls 2 beleuchtet wird, erzeugt den rückgestreuten Lichtpuls 4, der während des Intervalls M von jeder lichtempfindlichen Zelle Z.^ detektiert wird und in den n Teilintervallen Mx - Mn (Figur 6b) je nach Ankunftszeit am Detektor entweder Ladungen oder keine Ladungen erzeugt. Die während jedes Teilintervalls gewonnenen Ladungen werden in die zugehörigen Ladungsspeicher S1Dk der lichtempfindlichen Zelle Z13 transferiert. Figur 7 zeigt schematisch die Architektur des entsprechenden Sensors.With an advantageous choice of the length of the subintervals and a given size of the charge stores, the dynamics of the method can be increased, for example. FIG. 3c shows schematically the decline in backscattered identity with increasing distance of the object points 10, 11, 12 and an exemplary division of the measurement interval into three sub-intervals M 1 ', M''and M 2 . The distance images can then be determined, for example, completely analogously to the method shown in equation (1) or equation (2) if q 13l = q ι '+ q ι ''is set and q 13l ' and q X] 1 '' represent the charges accumulated in the intervals M 'and M 1 ''. Another method for determining distance images becomes particularly interesting when the interval M is broken down into a larger number of subintervals. An object 11 (FIG. 6a), which is illuminated by a light pulse 2, generates the backscattered light pulse 4, which is detected by each light-sensitive cell Z. ^ during the interval M and in the n sub-intervals M x - M n (FIG. 6b) depending on the arrival time at the detector either charges or no charges are generated. The charges obtained during each subinterval are transferred to the associated charge stores S 1Dk of the photosensitive cell Z 13 . Figure 7 shows schematically the architecture of the corresponding sensor.
Für die Ermittlung eines Entfernungsbildpunktes wird geprüft, ob die Speicherinhalte einen Schwellwert überschreiten und somit ein Signal vorliegt. Sofern dies der Fall ist, wird allen solchen Speichern der Wert 1 und allen anderen Speichern der Wert 0 zugeordnet. Aus der bekannten Dauer der Teilintervalle und dem Phasenbezug zur Emission des Lichtpulses läßt sich dann die Entfernung für jeden Bildpunkt bestimmen, indem der erste Speicher eines jeden Bildpunktes bestimmt wird, dessen Inhalt den Schwellwert überschreitet (Figur 7) . Der Schwellwert kann beispielsweise für alle Bildpunkte auf einen konstanten Wert festgelegt oder für jeden Bildpunkt dynamisch an die Szenerie angepaßt werden.To determine a distance pixel, a check is carried out to determine whether the memory contents exceed a threshold value and whether there is a signal. If this is the case, the value 1 is assigned to all such memories and the value 0 to all other memories. The distance for each pixel can then be determined from the known duration of the partial intervals and the phase reference for the emission of the light pulse by determining the first memory of each pixel, the content of which exceeds the threshold value (FIG. 7). The threshold value can, for example, be set to a constant value for all pixels or can be dynamically adapted to the scenery for each pixel.
Für konstante Dauer der Teilintervalle Mx - Mn ergibt sich die Entfernung für jeden Entfernungsbildpunkt Ei3 zu: z ( EX3 ) = z0 + z k 'For a constant duration of the partial intervals M x - M n , the distance for each distance pixel E i3 is: z (E X3 ) = z 0 + zk '
wobei z (Eι:) die Entfernung im Bildpunkt E13, k1 den Index des ersten Speichers der korrespondierenden lichtempfindlichen Zelle, deren Signal oberhalb des Schwellwertes liegt und z die zur Dauer der Teilintervalle gehörende Entfernungsänderung darstellt.where z (E ι:) is the distance in the pixel E 13 , k 1 is the index of the first memory of the corresponding light-sensitive cell, the signal of which is above the threshold value, and z represents the change in distance belonging to the duration of the subintervals.
Zusammengefasst ergeben sich mit dieser Ausführungsform der Erfindung folgende Vorteile:In summary, this embodiment of the invention has the following advantages:
Das mit den Lichtpulsen erzeugte Licht wird vollständig genutzt. Weiterhin werden die drei oben genannten Bildtypen jeweils am gleichen Ort, das heißt an jeweils gleichen Bildpunkten des optoelektronischen Sensors gewonnen, so dass die Bildpunkte des Entfernungsbildes aus Ladungsdichten berechnet werden, die identische Objektpunkte repräsentieren bzw. abbilden und keine Parallaxenfehler auftreten. Da sich die drei genannten Bildtypen im wesentlichen gleichzeitig, das heißt aus einem einzigen eingestrahlten Lichtimpuls gewinnen lassen, beziehen sich die jeweiligen Ladungen auch auf identische räumliche Konfigurationen. The light generated with the light pulses is fully used. Furthermore, the three image types mentioned above are each obtained at the same location, that is to say at the same image points of the optoelectronic sensor, so that the image points of the distance image are calculated from charge densities that represent or depict identical object points and that no parallax errors occur. Since the three types of images mentioned can be obtained essentially simultaneously, that is to say from a single incident light pulse, the respective charges also relate to identical spatial configurations.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DK DM DZ EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZW |
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| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |
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| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Country of ref document: JP |