RU2577079C1 - Optical device for determining distance to object - Google Patents
Optical device for determining distance to object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577079C1 RU2577079C1 RU2014153695/28A RU2014153695A RU2577079C1 RU 2577079 C1 RU2577079 C1 RU 2577079C1 RU 2014153695/28 A RU2014153695/28 A RU 2014153695/28A RU 2014153695 A RU2014153695 A RU 2014153695A RU 2577079 C1 RU2577079 C1 RU 2577079C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- output
- reflected
- module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Данное изобретение относится к области измерения расстояний до объекта с помощью электромагнитных волн, а более конкретно к оптическим устройствам для определения расстояний до объекта, включающим в себя источник излучения на объект модулированного бинарного оптического сигнала, генератор создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, генератор тактового сигнала, светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, аналогово-цифровой преобразователь сигнала со светочувствительного элемента в цифровой сигнал, модуль вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов, модуль порогового обнаружения сигнала, модуль вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала.This invention relates to the field of measuring distances to an object using electromagnetic waves, and more particularly to optical devices for determining distances to an object, including a radiation source to the object of a modulated binary optical signal, a modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical signal, clock generator, photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the object, analog-to-digital pre verters signal from the photosensitive element into a digital signal, correlation calculation module emitted and reflected signals, the threshold signal detection unit, a distance calculation unit to the object determined from the time delay of the reflected signal.
Уровень техники.The level of technology.
В данном описании используются следующие термины:The following terms are used in this description:
Бинарная M-последовательность или бинарная последовательность максимальной длины (англ. Maximum length sequence, MLS) - псевдослучайная бинарная последовательность, порожденная регистром сдвига с линейной обратной связью и имеющая максимальный период N=pn-1, где n - целое натуральное число, большее 2, а p - простое число для случая бинарной последовательности равно 2. Для бинарных M-последовательностей, записанных в алфавите «0; 1», число единиц всегда больше на единицу, чем число нулей. При переходе к алфавиту «-1; 1» заменяют нуль на единицу, а единицу на минус единицу.A binary M-sequence or a maximum length binary sequence (MLS) is a pseudorandom binary sequence generated by a shift register with linear feedback and having a maximum period N = p n -1, where n is an integer integer greater than 2 , and p is a prime for the
КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник; англ. CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) - технология построения электронных схем. Отличительной особенностью схем КМОП по сравнению с биполярными технологиями является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). КМОП-схемы обладают высокой скоростью действия и низким энергопотреблением.CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor structure; English CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor) - electronic circuit design technology. A distinctive feature of CMOS circuits in comparison with bipolar technologies is the very low power consumption in static mode (in most cases, it can be assumed that energy is consumed only during state switching). CMOS circuits have high speed and low power consumption.
ЛАДАР (LADAR) - лазерный локатор, сокращение от русского или английского варианта «лазерный радар», где радар от англ. radar (radio detection and ranging) - радиообнаружение и дальнометрия.LADAR (LADAR) - a laser locator, an abbreviation for the Russian or English version of the "laser radar", where the radar from the English. radar (radio detection and ranging) - radio detection and ranging.
ЛИДАР (транслитерация LIDAR англ. Light Identification Detection and Ranging - световое обнаружение и определение дальности) - технология получения и обработки информации об удаленных объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах. Лидар как прибор представляет собой как минимум активный дальномер оптического диапазона. Обычно в России подобные устройства называются лазерными дальномерами.LIDAR (LIDAR transliteration. Light Identification Detection and Ranging - light detection and ranging) is a technology for obtaining and processing information about distant objects using active optical systems using the phenomena of light reflection and scattering in transparent and translucent media. Lidar as a device is at least an active optical rangefinder. Usually in Russia, such devices are called laser rangefinders.
БПУ - быстрое преобразование Уолша для функций Уолша, упорядоченных по Адамару, в иностранной литературе часто обозначается как FHT. Необходимо для вычисления взаимной циклической корреляции между выборкой длины N и M-последовательностью длины N, причем N=2n-1, где n - целое натуральное число, большее 2.BPU — the fast Walsh transform for Hadamard ordered Walsh functions is often referred to as FHT in foreign literature. It is necessary to calculate the mutual cyclic correlation between a sample of length N and an M-sequence of length N, where N = 2 n -1, where n is an integer integer greater than 2.
Измерение расстояний до объектов производится путем отправления оптического сигнала, например лазерного излучения, получения отраженного сигнала, определения времени запаздывания и вычисления по нему расстояния.The distance to objects is measured by sending an optical signal, such as laser radiation, receiving a reflected signal, determining the delay time and calculating the distance from it.
Так в патенте US 8537218, опубликованном в 2013 г., описан метод определения расстояний до объекта по задержке времени, то есть определения расстояния от некогерентного источника излучения до ячейки приемной матрицы, основанный на измерении времени прохождения излученного импульса некогерентного излучения фиксированной длительности T0, при этом импульс излучается периодически. Приемная матрица и излучатель расположены рядом. Метод измерения основан на том, что точное расстояние до поверхности объекта определяется как время прохождения переднего фронта излучаемого импульса до поверхности и отраженного от нее импульса до ячеек приемной матрицы (в иностранной патентной литературе обозначается как TOF - time of flight), умноженное на C/2 (C - скорость распространения электромагнитного излучения).So in US patent 8537218, published in 2013, a method is described for determining distances to an object from a time delay, that is, determining a distance from an incoherent radiation source to a receiving matrix cell, based on measuring the propagation time of an emitted pulse of incoherent radiation of a fixed duration T 0 , at this pulse is emitted periodically. The receiving matrix and the emitter are located nearby. The measurement method is based on the fact that the exact distance to the object’s surface is defined as the travel time of the leading edge of the emitted pulse to the surface and the pulse reflected from it to the cells of the receiving matrix (referred to as TOF - time of flight in foreign patent literature), multiplied by C / 2 (C is the propagation velocity of electromagnetic radiation).
Метод определения TOF состоит в том, что априори известен интервал значений TOF=T1+dt, где dt может изменяться от T1 до T1+T0. Согласно патента US 8537218 ячейка (пиксел) приемной матрицы содержит один элемент, генерирующий фототок (photo gate), и две структуры (КМОП/МДП), способные накапливать, удерживать и удалять заряд Q. Для определения dt в период времени [T1, T1+T0] под воздействием управляющих сигналов фоток поступает через transfer gate 1 на накопитель заряда Q1, а в период времени [T1+T0, T1+2∙T0] поступает через transfer gate 2 на накопитель заряда Q2. Накопители зарядов выполняют функцию интеграторов фототока на отрезках T0. Draining gates используются для быстрого удаления накопленных зарядов Q1 и Q2. Значения накопленных зарядов Q1 и Q2 используются для определения dt путем следующего вычисления:The method for determining TOF is that the range of TOF = T 1 + dt is a priori known, where dt can vary from T 1 to T 1 + T 0. According to US Pat. No. 8,537,218, the cell (pixel) of the receiving matrix contains one element generating a photocurrent ( photo gate), and two structures (CMOS / TIR), capable of accumulating, holding and removing charge Q. To determine dt in a period of time [T 1 , T 1 + T 0 ] under the influence of control signals, the photos are transmitted through
dt=T0(Q2/(Q1+Q2)).dt = T 0 (Q 2 / (Q 1 + Q 2 )).
Данный метод, как правило, используется для определения расстояния до поверхности объектов в тех случаях, когда T1 меньше или, по крайней мере, кратно соразмерим по порядку с T0 величины. В классификации, приведенной в справочнике «Handbook of 3D Machine Vision - Optical Metrology and lmaging» под редакцией Song Zhang, опубликованном в 2013 г., данный метод назван, как «Time-Dependent Charge Detection», что можно перевести, как определение заряда, зависящего от времени пролета (TOF). Частота периодического накопления заряда Q в ячейках подобной приемной матрицы может достигать 10-20 МГц.This method, as a rule, is used to determine the distance to the surface of objects in cases where T 1 is less than, or at least is, a multiple of the order of magnitude comparable with T 0 . In the classification given in the Handbook of 3D Machine Vision - Optical Metrology and lmaging, edited by Song Zhang, published in 2013, this method is called “Time-Dependent Charge Detection,” which can be translated as charge detection, time-dependent flight (TOF). The frequency of the periodic charge accumulation Q in the cells of such a receiving matrix can reach 10-20 MHz.
Для понимания сути метода приведем эквивалентную схему (блок интегрирования сигнала на интервалах времени T0), реализующую функции пиксела/ячейки приемной матрицы и временные диаграммы, объясняющие реализуемый этой схемой способ.To understand the essence of the method, we present an equivalent circuit (a signal integration unit at time intervals T 0 ) that implements the functions of the pixel / cell of the receiving matrix and time charts explaining the method implemented by this circuit.
На объект излучается зондирующий оптический сигнал (импульс) длительности T0 (см. фиг.1, график А).A probe optical signal (impulse) of duration T 0 is radiated to the object (see Fig. 1, graph A).
Отраженный от объекта сигнал задержан на время T1+dt (см. фиг. 1, график Г).The signal reflected from the object is delayed by the time T 1 + dt (see Fig. 1, graph D).
Для определения dt используется следующий способ.The following method is used to determine dt.
По стробимпульсу TX1 (см. фиг. 1, график Б) длительности T0, задержанному относительно заднего фронта излученного сигнала (см. фиг. 1, график А) на время T1, фототок подается на интегратор А. (см. фиг. 2). По заднему фронту стробсигнала TX1 (см. фиг. 1, график Б) производится считывание дискретного отсчета Q1. Далее при помощи ключа S1 производится обнуление значения на интеграторе А (см. фиг. 2). Изменение сигнала на выходе интегратора А (см. фиг. 2) приведено на графике Д фиг. 1.According to the strobe TX1 (see Fig. 1, graph B) of duration T 0 delayed relative to the trailing edge of the emitted signal (see Fig. 1, graph A) for a time T 1 , the photocurrent is fed to integrator A. (see Fig. 2 ) On the trailing edge of the strobe signal TX1 (see Fig. 1, graph B), a discrete readout Q 1 is read. Then, using the key S 1 , the value is reset to the integrator A (see Fig. 2). The change in the signal at the output of the integrator A (see FIG. 2) is shown in graph D of FIG. one.
По стробимпульсу TX2 (см. фиг. 1, график В) длительности T0, задержанному относительно заднего фронта излученного сигнала (См. фиг. 1, график А) на время T0+T1, фототок подается на интегратор А (см. фиг. 2). По заднему фронту стробсигнала TX2 производится считывание дискретного отсчета Q2, далее при помощи ключа S2 производится обнуление значения на интеграторе Б (см. фиг. 2). Изменение сигнала на выходе интегратора Б приведено на графике Е фиг. 1.According to the TX2 strobe pulse (see Fig. 1, graph B) of duration T 0 delayed relative to the trailing edge of the emitted signal (see Fig. 1, graph A) for a time T 0 + T 1, the photocurrent is fed to integrator A (see Fig. . 2). On the trailing edge of the strobe signal TX2, the discrete readout Q 2 is read, then using the key S 2 the value is reset to the integrator B (see Fig. 2). The change in the signal at the output of the integrator B is shown in graph E of FIG. one.
Задержка отраженного принимаемого сигнала относительно зондирующего определяется какThe delay of the reflected received signal relative to the probe is defined as
Tзад=T1+dt,T ass = T 1 + dt,
где dt=T0∙Q2/(Q1+Q2) или dt=Т0∙(1-Q1/(Q1+Q2)).where dt = T 0 ∙ Q 2 / (Q 1 + Q 2 ) or dt = T 0 ∙ (1-Q 1 / (Q 1 + Q 2 )).
На графике Ж фиг. 1 приведено графическое пояснение к способу определения dt.In the graph W of FIG. 1 is a graphical explanation of a method for determining dt.
На основе такого метода существуют устройства, которые имеют следующие недостатки:Based on this method, there are devices that have the following disadvantages:
- малый динамический диапазон разрешаемых целей, ограниченный возможностью ячейки памяти накапливать заряд, что соответственно ограничивает и длительность излучаемого сигнала, и максимально определяемую дальность до объекта;- a small dynamic range of permitted targets, limited by the ability of the memory cell to accumulate a charge, which accordingly limits both the duration of the emitted signal and the maximum determined range to the object;
- неспособность работать в условиях засветки от сторонних источников излучения;- inability to work in conditions of exposure from third-party radiation sources;
- очень малый диапазон (интервал) разрешаемых дальностей, равный T0·C/2;- a very small range (interval) of permitted ranges, equal to T 0 · C / 2;
- малое значение начала диапазона (интервала) разрешаемых дальностей, равное T1∙C/2, ограниченное тем, что мощность принимаемого сигнала уменьшается обратно 4-й степени от дальности до объекта или TOF;- a small value of the beginning of the range (interval) of permitted ranges, equal to T 1 ∙ C / 2, limited by the fact that the power of the received signal decreases back to the 4th degree from the distance to the object or TOF;
- влияние наведенных помех, связанных с переключением ключей, коммутирующих фототок на результаты измерения Q1 и Q2.- the effect of induced interference associated with switching keys switching the photocurrent on the measurement results of Q 1 and Q 2 .
Данные недостатки решаются в сложных ЛИДАР и ЛАДАР системах. В них используют высокочастотную модуляцию излучаемых сигналов, но это существенным образом усложняет обработку сигналов. Фактически для каждой приемной ячейки нужен свой радиочастотный тракт.These shortcomings are solved in complex LIDAR and LADAR systems. They use high-frequency modulation of the emitted signals, but this significantly complicates the processing of the signals. In fact, each receiving cell needs its own radio frequency path.
Для увеличения измеряемой дальности также применяют и метод накопления - многократное зондирование цели. Некогерентное накопление позволяет при условии статистической независимости шумовой составляющей в принимаемом сигнале увеличить соотношение сигнал/шум в √N раз. N - количество зондирований в серии (объем накопления).To increase the measured range, the accumulation method is also used - multiple sounding of the target. Incoherent accumulation allows, subject to statistical independence of the noise component in the received signal, to increase the signal-to-noise ratio by √N times. N is the number of soundings in the series (accumulation volume).
Для повышения измерения расстояний до объекта сигнал подается периодический, примером подобного способа определения дальности может служить, например, способ, описанный в патенте РФ №2359228, опубликован в 2009 г., или в международной патентной заявке WO/2005/006016, опубликованной в 2005 г.To increase the measurement of distances to the object, a periodic signal is applied, an example of a similar method for determining the range can be, for example, the method described in RF patent No. 2359228, published in 2009, or in international patent application WO / 2005/006016, published in 2005 .
Однако данный метод имеет недостаток, связанный с большим временем определения дальности, связанный с тем, что время накопления сигнала кратно времени рекуррентного периода посылки зондирующих импульсов, длительность которого равна максимальной разрешаемой дальности Rmax, умноженной на 2/C. Так для Rmax=10 км при накоплении сигнала за 200 рекуррентных периодов потребуется 13,4 мс.However, this method has a drawback associated with a long range determination time, due to the fact that the signal accumulation time is a multiple of the time of the recurrence period for sending probe pulses, the duration of which is equal to the maximum resolved range R max times 2 / C. So for R max = 10 km, when the signal accumulates over 200 recurrence periods, 13.4 ms will be required.
Данный недостаток устраняется за счет использования в качестве зондирующих сигналов оптического диапазона, модулированного M-последовательностью. Это позволяет при той же мощности оптического передатчика и длительности рекуррентного периода увеличить энергию зондирующего сигнала в (N+1)/2, где N - период M-последовательности.This disadvantage is eliminated by using the optical range modulated by the M-sequence as probing signals. This allows for the same power of the optical transmitter and the duration of the recurrence period to increase the energy of the probe signal in (N + 1) / 2, where N is the period of the M-sequence.
Так в патенте US 6753950, опубликованном в 2004 г., описан метод определения дальности до объекта и устройство, которое его реализует, где описано оптическое устройство для определения расстояний до объекта, включающее в себя источник излучения на объект модулированного бинарного оптического сигнала, вход которого соединен с выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала, светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, выход которого соединен с первым входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала со светочувствительного элемента в цифровой сигнал, а выход аналогово-цифрового преобразователя соединен с первым входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов, причем второй вход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен с выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, а выход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен с входом модуля порогового обнаружения сигнала, выход которого соединен с первым входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала, выход которого соединен со входом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины.So in the patent US 6753950, published in 2004, describes a method for determining the distance to the object and a device that implements it, which describes an optical device for determining the distance to the object, which includes a radiation source to the object of a modulated binary optical signal, the input of which is connected with the output of the modulation generating generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical signal, the input of which is connected to the output of the clock signal generator, the photosensitive element a reflection optical signal from an object whose output is connected to the first input of the analog-to-digital signal converter from the photosensitive element to a digital signal, and the output of the analog-to-digital converter is connected to the first input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals, the second input of the module for calculating the correlation of the emitted and the reflected signals are connected to the output of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical the signal, and the output of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals is connected to the input of the threshold detection module of the signal, the output of which is connected to the first input of the module for calculating the distance to the detected object by the time delay of the reflected signal, the output of which is connected to the input of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum lengths.
Данное устройство является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрано за прототип предлагаемого изобретения как устройства.This device is the closest in technical essence and the achieved technical result and is selected as a prototype of the invention as a device.
Недостатком этого прототипа является то, что для повышения точности определения дальности до объекта путем нахождения временного положения максимума корреляции используется повышенная частота квантования времени на дискреты, равная M/T0, где T0 временной интервал одной позиции в последовательности максимальной длины. Это приводит к существенному увеличению энергопотребления.The disadvantage of this prototype is that to increase the accuracy of determining the distance to the object by finding the temporary position of the maximum correlation, an increased frequency of quantization of time into discrete is used, equal to M / T 0 , where T 0 is the time interval of one position in the sequence of maximum length. This leads to a significant increase in energy consumption.
Это связано с тем, что для повышения точности определения расстояния необходимо увеличивать тактовую частоту в M раз. При этом использование частот свыше 125 МГц, что опубликовано, например, в патенте US 7206062, опубликованном в 2007 г., приводит к необходимости использования дорогостоящих процессоров и АЦП с высокими показателями рассеиваемой мощности. В патенте предлагается для снижения рассеиваемой мощности на каждый АЦП использовать промежуточное устройство быстродействующей дискретно-аналоговой памяти с последующим мультиплексированием данных с устройства дискретно-аналоговой памяти на АЦП преобразователь. В прототипе указано, что для оцифровки сигнала с частотой 1 ГГц с использованием 8-10-битных АЦП потребуются АЦП, рассеивающие 0,5-6 Вт на одно быстродействующее АЦП. Данное техническое решение приводит к увеличению времени обработки принимаемого сигнала.This is due to the fact that to increase the accuracy of determining the distance, it is necessary to increase the clock frequency by M times. Moreover, the use of frequencies above 125 MHz, which is published, for example, in US Pat. No. 7,060,062, published in 2007, necessitates the use of expensive processors and ADCs with high power dissipation. In the patent it is proposed to use an intermediate device of high-speed discrete-analog memory with subsequent multiplexing of data from a discrete-analog memory device to an ADC converter to reduce the dissipated power for each ADC. The prototype indicates that to digitize a signal with a frequency of 1 GHz using 8-10-bit ADCs, an ADC will be required, scattering 0.5-6 W per one high-speed ADC. This technical solution leads to an increase in the processing time of the received signal.
Другим недостатком прототипа является необходимость проведения избыточных вычислений по сравнению с предлагаемым технически решением, для чего имеется дополнительный модуль вычисления корреляции с выборкой, произведенной с повышенной тактовой частотой.Another disadvantage of the prototype is the need for redundant calculations in comparison with the proposed technical solution, for which there is an additional module for calculating the correlation with a sample made with an increased clock frequency.
Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить оптическое устройство для определения расстояний до объекта, позволяющее, по меньшей мере, сгладить как минимум один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить снижение энергопотребления устройства за счет снижения нагрузки на вычислительные модули, что и является поставленной технической задачей.The present invention mainly aims to provide an optical device for determining distances to an object, which allows at least to smooth out at least one of the above disadvantages, namely, to reduce the power consumption of the device by reducing the load on the computing modules, which is the delivered technical challenge.
Для достижения этой цели устройство дополнительно включает в себя:To achieve this goal, the device further includes:
- блок интегрирования, первый вход которого соединен с выходом светочувствительного элемента детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, а выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала,- an integration unit, the first input of which is connected to the output of the photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the object, and the output of which is connected to the input of an analog-to-digital signal converter,
- блок буферной памяти, первый вход которого соединен с выходом аналогово-цифрового преобразователя, а выход которого соединен с первым входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов,- a buffer memory unit, the first input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output of which is connected to the first input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals,
- блок конъюнкции сигналов, первый вход которого соединен с выходом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержки отраженного сигнала, а второй вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала, а выход блока конъюнкции сигналов соединен со вторым входом блока интегрирования, вторым входом аналогово-цифрового преобразователя и вторым входом блока буферной памяти,- a signal conjunction block, the first input of which is connected to the output of the module for calculating the distance to the detected object from the time delay of the reflected signal, and the second input of which is connected to the output of the clock signal generator, and the output of the signal conjunction block is connected to the second input of the integration unit, the second input is analog a digital converter and the second input of the buffer memory unit,
- блок формирования кратного синхроимпульса, по которому содержимое ячеек блока буферной памяти переписывается в модуль вычисления корреляции, соединенный с блоком буферной памяти,- a unit for generating a multiple sync pulse, according to which the contents of the cells of the buffer memory block are copied to the correlation calculation module connected to the buffer memory block,
- блок вычисления временной задержки отраженного сигнала, соединенный с выходом модуля порогового обнаружения сигнала и входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала,- a unit for calculating the time delay of the reflected signal connected to the output of the threshold detection module of the signal and the input of the module for calculating the distance to the detected object from the time delay of the reflected signal,
- блок преобразования нулевого сигнала в отрицательный, соединенный с входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов и с выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, а выход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов дополнительно соединен со вторым входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала.- a block for converting a zero signal to a negative one, connected to the input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals and with the output of the modulation generator in the form of a binary sequence of the maximum length in the binary optical signal, and the output of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals is additionally connected to the second input of the module calculating the distance to the determined object from the time delay of the reflected signal.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность организовать иную схему определения дальности до цели, которая основана на циклической свертке, что значительно сокращает количество операций, снижает энергопотребление.Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to organize a different scheme for determining the range to the target, which is based on cyclic convolution, which significantly reduces the number of operations and reduces power consumption.
Существует также вариант изобретения, в котором светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала от объекта выполнен в виде элементов светочувствительной матрицы.There is also a variant of the invention in which the photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the object is made in the form of elements of the photosensitive matrix.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность использовать имеющую множество элементов светочувствительную матрицу для возможности определения дальности сразу в нескольких направлениях.Due to this advantageous characteristic, it becomes possible to use a photosensitive matrix having many elements to be able to determine the range in several directions at once.
Существует также вариант изобретения, в котором элементы светочувствительной матрицы размещены на матрице вместе с устройствами интегрирования, в качестве которого применены КМОП или МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) структуры, интегрирующие фототок. Например, аналогичные описанным в патенте US 8537218.There is also a variant of the invention in which the elements of the photosensitive matrix are placed on the matrix together with integration devices, which are CMOS or MIS (metal-dielectric-semiconductor) structures integrating the photocurrent. For example, similar to those described in US patent 8537218.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность простого исполнения блока интегрирования, когда он выполнен в виде МДП/КМОП структур, позволяющих накапливать фототок в виде заряда.Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to easily execute the integration unit when it is made in the form of MIS / CMOS structures, allowing to accumulate the photocurrent in the form of a charge.
Существует также вариант изобретения, в котором светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала расположен на гиростабилизированной платформе.There is also a variant of the invention in which the photosensitive element for detecting the reflected optical signal is located on a gyro-stabilized platform.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность расширения использования предлагаемого решения для летательных аппаратов, в частности для беспилотных летательных аппаратов, которые могут использовать предлагаемое решение в качестве основы технического зрения.Due to this advantageous characteristic, it becomes possible to expand the use of the proposed solution for aircraft, in particular for unmanned aerial vehicles, which can use the proposed solution as the basis for technical vision.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения как устройства неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.The set of essential features of the present invention as a device is unknown from the prior art for devices of similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:Other distinguishing features and advantages of this invention clearly follow from the description below for illustration and not being restrictive, with reference to the accompanying drawings, in which:
- фиг. 1 изображает временные диаграммы, объясняющие реализуемый уровнем техники способ определения расстояния,- FIG. 1 is a timing chart explaining a prior art method for determining a distance,
- фиг. 2 изображает блок интегрирования сигнала на временных отрезках T0 и формирования дискретных отсчетов Q согласно уровню техники,- FIG. 2 shows a signal integration unit at time intervals T 0 and formation of discrete samples Q according to the prior art,
- фиг. 3 изображает функциональную схему оптического устройства для определения расстояний до объекта согласно изобретению,- FIG. 3 depicts a functional diagram of an optical device for determining distances to an object according to the invention,
- фиг. 4 изображает временные диаграммы к фиг. 3 и иллюстрирует пример работы устройства согласно изобретению,- FIG. 4 is a timing chart of FIG. 3 and illustrates an example of the operation of the device according to the invention,
- фиг. 5 иллюстрирует вычисление свертки для примера работы изобретения согласно изобретению,- FIG. 5 illustrates convolution calculation for an example operation of the invention according to the invention,
- фиг. 6 иллюстрирует вычисление циклической свертки согласно изобретению,- FIG. 6 illustrates the calculation of cyclic convolution according to the invention,
- фиг. 7 иллюстрирует вычисление выборки G путем апериодической свертки в примере 1 работы изобретения согласно изобретению,- FIG. 7 illustrates the calculation of a sample G by aperiodic convolution in example 1 of the invention according to the invention,
- фиг. 8 иллюстрирует устройство для вычисления апериодической свертки для вычисления выборки G согласно изобретению (иллюстрирует вычисление последовательности G с использованием трансверсального фильтра),- FIG. 8 illustrates an aperiodic convolution calculator for computing a sample G according to the invention (illustrates the calculation of a sequence G using a transverse filter),
- фиг. 9 иллюстрирует вычисление выборки G в примере 2 работы изобретения, согласно изобретению,- FIG. 9 illustrates the calculation of the sample G in example 2 of the invention, according to the invention,
- фиг. 10 иллюстрирует действия 1, 2, 3 в примере 2 по приведению матрица A к матрице Уолша, упорядоченной по Адамару согласно изобретению,- FIG. 10 illustrates the
- фиг. 11 иллюстрирует столбцы B1 и C и матрицу A1 в примере 2 работы изобретения согласно изобретению,- FIG. 11 illustrates columns B1 and C and matrix A1 in example 2 of the invention according to the invention,
- фиг. 12 иллюстрирует столбцы B1 и B1 и матрицу A2 в примере 2 работы изобретения согласно изобретению,- FIG. 12 illustrates columns B1 and B1 and matrix A2 in example 2 of the invention according to the invention,
- фиг. 13 иллюстрирует порядок вычисления корреляции в модуле (блоке 6) с использованием БПУ в примере 2 работы изобретения согласно изобретению,- FIG. 13 illustrates the procedure for calculating the correlation in the module (block 6) using the control unit in example 2 of the invention according to the invention,
- фиг. 14 иллюстрирует таблицу сравнения с методом Time-Dependent Charge Detection и увеличения соотношения «Сингал/Шум» в зависимости от n для примера работы изобретения,- FIG. 14 illustrates a comparison table with the Time-Dependent Charge Detection method and increasing the Singal / Noise ratio as a function of n for an example of the operation of the invention,
- фиг. 15 иллюстрирует таблицу сравнения с прототипом,- FIG. 15 illustrates a comparison table with a prototype,
- фиг. 16 показывает этапы работы устройства с циклической сверткой согласно изобретению.- FIG. 16 shows the steps of a cyclic convolution device according to the invention.
Согласно фиг. 3 оптическое устройство для определения расстояний до объекта включает в себя источник излучения 1 на объект модулированного бинарного оптического сигнала, вход которого соединен с выходом генератора 2 создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала 3.According to FIG. 3, an optical device for determining distances to an object includes a
Светочувствительный элемент 4 детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, выход которого соединен с первым входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала 5 со светочувствительного элемента в цифровой сигнал, а выход аналогово-цифрового преобразователя 5 соединен с первым входом модуля 6 вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов, причем второй вход модуля 6 вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен с выходом генератора 2 создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, а выход модуля 6 вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен с входом модуля 7 порогового обнаружения сигнала, выход которого соединен с первым входом модуля 8 вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала, выход которого соединен с входом генератора 2 создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины.The
Оптическое устройство для определения расстояний до объекта дополнительно включает в себя блок интегрирования 9, первый вход которого соединен с выходом светочувствительного элемента 4 детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, а выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала 5.The optical device for determining distances to the object further includes an
Оптическое устройство дополнительно включает в себя блок буферной памяти 10, первый вход которого соединен с выходом аналогово-цифрового преобразователя 5, а выход которого соединен с первым входом модуля 6 вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов.The optical device further includes a
Оптическое устройство дополнительно включает в себя блок конъюнкции сигналов 11, первый вход которого соединен с выходом модуля 8 вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержки отраженного сигнала, а второй вход которого соединен с выходом генератора 3 тактового сигнала, а выход блока конъюнкции сигналов 11 соединен со вторым входом блока интегрирования 9, вторым входом аналогово-цифрового преобразователя 5 и вторым входом блока буферной памяти 10.The optical device further includes a
Оптическое устройство дополнительно включает в себя блок формирования кратного синхроимпульса 12, по которому содержимое ячеек блока буферной памяти 10 переписывается в модуль вычисления корреляции 6, соединенный с блоком буферной памяти 10.The optical device further includes a multiple sync
Оптическое устройство дополнительно включает в себя блок вычисления временной задержки отраженного сигнала 13, соединенный с выходом модуля порогового обнаружения сигнала 7 и входом модуля 8 вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала.The optical device further includes a block for calculating the time delay of the reflected
Оптическое устройство дополнительно включает в себя блок преобразования нулевого сигнала в отрицательный 14, соединенный с входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов бис выходом генератора 2 создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале. Данный модуль заменяет в M-последовательности нули на минус единицы.The optical device further includes a block for converting the zero signal to negative 14 connected to the input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals bis by the output of the
Выход модуля 6 вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов дополнительно соединен со вторым входом модуля 8 вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержки отраженного сигнала. Объект обозначен как 15.The output of the
Светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала от объекта 4 может быть выполнен в виде элементов светочувствительной матрицы. Элементы светочувствительной матрицы размещены на матрице вместе с устройствами интегрирования, в качестве которого применены структуры типа металл-диэлектрик-полупроводник, интегрирующие фототок.The photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the
Светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала 4 может быть расположен на гиростабилизированной платформе.The photosensitive detection element of the reflected
Синхроимпульсы, подаваемые на блоки 5 и 10, должны быть задержаны на T0 по отношению к синхроимпульсам, подаваемым на блок 9. Для этого можно ввести дополнительный блок 16 задержки синхроимпульсов на T0.The clock pulses supplied to
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Оптическое устройство для определения расстояний до объекта работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.An optical device for determining distances to an object operates as follows. Here is the most comprehensive example of the invention, bearing in mind that this example does not limit the application of the invention.
Удаленность объекта определяют на интервалеThe distance of the object is determined on the interval
dD=(N-1)·T0∙C/2, dD = (N-1) T 0 ∙ C / 2,
где N - количество членов M-последовательности, N=2n-1, гдеwhere N is the number of members of the M-sequence, N = 2 n -1, where
N - целое число больше 2,N is an integer greater than 2,
T0 - длительность одного такта (нуля или единицы) в M-последовательности,T 0 - the duration of one clock cycle (zero or one) in the M-sequence,
C - скорость распространения электромагнитного излучения в среде (скорость света).C is the propagation velocity of electromagnetic radiation in the medium (speed of light).
Начало интервала определения дальности определяетсяThe start of the ranging interval is determined
R1=(k+1)·T0∙С/2, R 1 = (k + 1) T 0 ∙ C / 2,
где Tстр.=T0.(N+k), которое кратно T0, гдеwhere T p. = T 0. (N + k), which is a multiple of T 0 , where
k - натуральное число, большее или равное 0.k is a natural number greater than or equal to 0.
В прототипе параметры R1 и dD, суть которых априорная информация о диапазоне дальностей, в котором производится поиск и обнаружение цели, задается сигналом «Measure Range», подаваемым на модуль 8.In the prototype, the parameters R 1 and dD, the essence of which is a priori information about the range of ranges in which the target is searched and detected, is set by the “Measure Range” signal supplied to
На фиг. 4 отражены синхроимпульсы, подаваемые с блока 3 (график А, на фиг. 4). Излучаемый сигнал, модулированный полседовательностью 0111010, изображен на графике Б на фиг. 4. Задержанный отраженный сигнал, детектированный приемником, изображен на графике В, фиг. 4. Синхроимпульсы с блока 11 показаны на графике Г, а с блока 16 - на графике Е, фиг. 4. Отражение процесса интегрирования входного сигнала на временных отрезках [0; T0] показано на графике Д, фиг. 4. Сформированная дискретная последовательность (выборка) {Q} на выходе блока 5 показана на график Ж, фиг. 4. Сформированая дискретная последовательность {G} и графические пояснения к способу определения задержки сигнала показаны на графике И, фиг. 4.In FIG. 4 shows the clock pulses supplied from block 3 (graph A, in Fig. 4). The emitted signal modulated by a multiple sequence 0111010 is shown in graph B in FIG. 4. The delayed reflected signal detected by the receiver is shown in graph B, FIG. 4. The clock pulses from
На графике И, фиг. 4 выборка {G} из N отсчетов приведена с условной привязкой к времени. Отсчеты G вычисляются в зависимости от способа вычисления корреляции в блоке 6, либо последовательно с задержкой между отсчетами на время вычисления отсчета, либо все одновременно с задержкой на время обработки выборки {Q}. На графике И, фиг. 4 отсчеты {G} по номеру отсчета приурочены ко времени появления соответствующего синхроимпульса с блока 16.In the graph And, FIG. 4 sample {G} of N samples is given with conditional reference to time. Samples G are calculated depending on the method of calculating the correlation in
Один из аспектов изобретения основан на том наблюдении, что результатом циклической сверки одного периода M-последовательности длины N в алфавите 0, 1, с тем же периодом в котором нули замены на «-1», будет выборка, состоящая из нулей, либо (N+1)/2.One aspect of the invention is based on the observation that the result of cyclic verification of one period of an M-sequence of length N in the
На фиг. 5 приведен пример, в котором показан один период M-последовательности, все циклические сдвиги той же M-последовательности, в которой нуль заменен на «-1», и результат сверки. «Результат свертки» - результаты, полученные почленным перемножением и последующим сложением результатов перемножения для строки M-последовательности и всех строк, содержащих циклические сдвиги M-последовательности, в которых нуль заменен на «-1».In FIG. 5 shows an example in which one period of the M-sequence is shown, all cyclic shifts of the same M-sequence in which zero is replaced by “-1”, and the result of the reconciliation. “Convolution result” - the results obtained by term-by-term multiplication and subsequent addition of the multiplication results for a string of the M-sequence and all strings containing cyclic shifts of the M-sequence in which zero is replaced by “-1”.
Это позволяет использовать метод определения dt, получивший название Time-Dependent Charge Detection, в том числе когда в качестве зондирующих световых сигналов используются сигналы, модулированные M-последовательностью. Это связано с тем, что боковые лепестки вычисляемой корреляционной функции не накладываются (в силу их отсутствия согласно примера фиг. 5) на главный лепесток в виде равнобедренного треугольника. А это позволяет расширить возможности метода Time-Dependent Charge Detection, в том числе при использовании даже M-последовательностей с периодом 3, 7, 15, 31. Следует отметить, что в случае замены в M-последовательности 0 на 1, а 1 на «-1» подобный результат не получается.This allows you to use the dt determination method, called Time-Dependent Charge Detection, including when signals modulated by the M-sequence are used as probing light signals. This is due to the fact that the side lobes of the calculated correlation function are not superimposed (due to their absence according to the example of Fig. 5) on the main lobe in the form of an isosceles triangle. And this allows you to expand the capabilities of the Time-Dependent Charge Detection method, including when using even M-sequences with a period of 3, 7, 15, 31. It should be noted that if you replace 0 in the M-sequence with 1, and 1 with “ -1 "a similar result does not work.
В таблице на фиг. 14 приведена зависимость, показывающая как способ, основанный на предлагаемом устройстве, улучшает возможности метода Time-Dependent Charge Detection.In the table of FIG. 14 is a relationship showing how a method based on the apparatus of the invention improves the capabilities of the Time-Dependent Charge Detection method.
Столбец 1. Это n, а также число сложений, необходимое для вычисления одного отсчета циклической свертки с использованием алгоритма БПУ.
Столбец 2. Период M-последовательности.
Столбец 3. Показывает, во сколько улучшается соотношение сигнал/белый шум за счет предлагаемого способа.
Столбец 4. Показывает, во сколько раз подавляется постоянная составляющая в спектре шума (background light) за счет предлагаемого способа.
Столбец 5. Показывает, во сколько раз увеличивается разрешаемая дальность для метода Time-Dependent Charge Detection. Без способа - это T0·C/2
Приведем сравнение, которое основано на примере, приведенном в прототипе.Here is a comparison, which is based on the example given in the prototype.
В прототипе число операций сложения для определения координат для варианта N=127 составляет 127∙127+16·127∙8=32385.In the prototype, the number of addition operations to determine the coordinates for the option N = 127 is 127 ∙ 127 + 16 · 127 ∙ 8 = 32385.
В рассматриваемом изобретении: вариант без использования БПУIn the present invention: the option without using the BPU
127·127=16129, т.е. выигрыш в 2 раза,127 · 127 = 16129, i.e. 2 times win
а с использованием БПУand using a BPU
(127+1)∙log2(N+1)=128·7=1016,(127 + 1) ∙ log 2 (N + 1) = 1287 = 1016,
т.е. выигрыш в 32 раза.those. win 32 times.
Кроме этого, сокращается частота работы АЦП в 8 раз, так как в прототипе M=8.In addition, the frequency of the ADC is reduced by 8 times, since in the prototype M = 8.
Опять вернемся к патенту US 7206062. Там указано, что на частотах до 130 МГЦ можно использовать АЦП и процессоры на КМОП технологиях. А с повышением частоты выше 1 ГГЦ (125·8=1 ГГЦ) рассеиваемая мощность на один элемент АЦП может составлять 0.5-6 Вт на одно быстродействующее АЦП (использованием 8-10), т.е. возрастает многократно, что не позволяет реализовывать компактные многоканальные системы 3D технического зрения с большим диапазоном разрешаемых дальностей.Let's go back to US patent 7206062. It states that at frequencies up to 130 MHz you can use ADCs and processors based on CMOS technologies. And with an increase in frequency above 1 GHz (125 · 8 = 1 GHz), the dissipated power per ADC element can be 0.5-6 W per one high-speed ADC (using 8-10), i.e. increases many times, which does not allow the implementation of compact multi-channel 3D vision systems with a large range of permitted ranges.
Согласно фиг. 16:According to FIG. 16:
Этап Э1. Создают генератором 2 создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале циклическую импульсную M-последовательность. Для работы устройства необходимо передать как минимум три цикла M-последовательности. Если диапазон разрешаемых дальностей менее чем (N-1)∙T0, то можно излучать только часть третьего цикла (периода). Для варианта с использованием циклической свертки (корреляции) необходимо как минимум два следующих без пауз цикла.Stage E1. A cyclic pulsed M-sequence is created by the
Этап Э2. Передают источником излучения 1 на объект, модулированный на этапе Э1 бинарный оптический сигнал.Stage E2. The
Этап Э3. Принимают отраженный сигнал от объекта светочувствительным элементом детектирования отраженного оптического сигнала от объекта 4.Stage E3. The reflected signal from the object is received by the photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the
Этап Э4. Передают его на блок интегрирования 9, где формируют дискретную последовательность (выборку) {Q}, путем интегрирования детектированного сигнала на периодах T0 с периодичностью T0 с помощью блока интегрирования 9.Stage E4. Transfer it to the
Этап Э5. Начало каждого периода интегрирования T0 синхронизируют по синхроимпульсу с блока конъюнкции сигналов 11. Результату интегрирования Q ставят в соответствие номер синхроимпульса. Всего за период N·T0 формируют выборку из Q из N дискретных отсчетов.Stage E5. The beginning of each integration period T 0 is synchronized according to the clock pulse from the conjunction block of
Этап Э6. Результат интегрирования за промежуток времени T0 оцифровывают в дискретные отсчеты с помощью аналогово-цифрового преобразователя сигнала 5. Альтернативно, для обработки результатов интегрирования за период T0 для последующей обработки возможно использование, например, так называемых дискретно-аналоговых корреляторов, т.е. минуя этап Э6.Stage E6. The result of integration over a period of time T 0 is digitized into discrete samples using an analog-to-
Этап Э7. Запоминают с помощью блока буферной памяти 10 каждый оцифрованный результат интегрирования в виде одного массива данных {QN}, где номер члена массива - это номер такта синхроимпульсов, с отсчетом тактов синхроимпульсов с момента начала приема Tстр. Моменту начала приема Tстр ставят в соответствие синхроимпульс с номером 1. Всего отбирают N последовательных отсчетов Q. Поскольку оцифровка и запись в память приходятся по времени на момент окончания интегрирования, синхроимпульсы на блоки 10 и 5 подаются с задержкой T0, производимой в блоке 16 «Задержка на T0».Stage E7. Using the
Этап Э8. Вычисляют члены выборки {G} в результате циклической свертки одного периода M-последовательности, в которой нули заменены на «-1» и выборкой {Q}.Stage E8. The members of the sample {G} are calculated as a result of the cyclic convolution of one period of the M-sequence in which zeros are replaced by “-1” and the sample {Q}.
Так, член выборки G1 получается путем почленного перемножения {Q} и выборки из периода M-последовательности, в котором нули заменены на «-1», и их последующего сложения. Член G2 получается путем почленного перемножения всех членов выборки {Q} и выборки из циклически сдвинутого на одну позицию периода M-последовательности, в котором нули заменены на «-1», и последующего сложения результатов почленного перемножения и так далее. Всего для последовательности из N возможен N-1 циклический сдвиг. Таким образом, получаются все N членов выборки {G}. На фиг. 6 приведен пример, который полностью соответствует графикам Ж и И, приведенным на фиг. 4, в матрице отражены все циклические сдвиги одного периода M-последовательности. Как только производится циклический сдвиг на одну позицию, член с номером 1 записывается на место члена с номером 2 и т.д., а последний член с номером N записывается на позицию 1. Это показано на фиг. 6.So, the sample member G 1 is obtained by termwise multiplication {Q} and a sample from the period of the M-sequence in which zeros are replaced by “-1”, and their subsequent addition. The term G 2 is obtained by term-by-term multiplication of all the members of the sample {Q} and the selection from the period of the M-sequence cyclically shifted by one position in which zeros are replaced by “-1”, and then adding the results of term-by-term multiplication and so on. In total, an N-1 cyclic shift is possible for a sequence of N. Thus, all N members of the sample {G} are obtained. In FIG. 6 is an example that fully complies with the graphs G and I shown in FIG. 4, all cyclic shifts of one period of the M-sequence are reflected in the matrix. As soon as a cyclic shift by one position is made, the term with
Вычисление циклической свертки может быть заменено на вычисление апериодической как показано на фиг. 7.The calculation of the cyclic convolution can be replaced by the calculation of the aperiodic one as shown in FIG. 7.
При этом в отличие от варианта циклической свертки для получения того же результата необходимо, чтобы излучаемая последовательность содержала не менее трех периодов (можно два целых и часть, если разрешаемый диапазон мене, чем (N-1)∙N0).Moreover, in contrast to the cyclic convolution option, to obtain the same result, it is necessary that the radiated sequence contain at least three periods (two integers and a part are possible if the allowed range is less than (N-1) ∙ N 0 ).
Этап Э10. Сравнивают значения полученных членов выборки {G1, …, GN} с пороговым значением. Выявляют превышение первого члена, превышающего порог (пусть номер этого члена i), запоминают последующий член, следующий за членом, превышающим порог рядом стоящих членов Gi и Gi+1 над уровнем порогового значения.Stage E10. Compare the values of the received sample members {G 1 , ..., G N } with a threshold value. Exceed the first term that exceeds the threshold (let the number of this term i), remember the next term following the term that exceeds the threshold of the adjacent members G i and G i + 1 above the threshold value level.
Этап Э11. Вычисляют время задержки принятого сигнала с помощью блока вычисления временной задержки отраженного сигнала 13 по формуле:Stage E11. The delay time of the received signal is calculated using the time delay calculation unit of the reflected
ΔT=T0∙(i-1)+Gi+1/(Gi+Gi+1)+k∙T0.ΔT = T 0 ∙ (i-1) + G i + 1 / (G i + G i + 1 ) + k ∙ T 0 .
Этап Э12. Вычисляют с помощью модуля 8 вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала расстояние L до объекта как:Stage E12. The distance L to the object is calculated using the
L=C∙ΔT/2,L = C ∙ ΔT / 2,
где C - скорость распространения электромагнитного сигнала в среде.where C is the propagation velocity of the electromagnetic signal in the medium.
Промышленная применимость.Industrial applicability.
Предлагаемое оптическое устройство для определения расстояний до объекта может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.The proposed optical device for determining distances to the object can be carried out by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the declared purpose, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.
В соответствии с предложенным изобретением были проведены расчеты работы оптического устройства для определения расстояний до объекта.In accordance with the proposed invention, calculations were made of the operation of the optical device to determine the distances to the object.
Расчеты работы устройства показали, что оно обеспечивает возможность:Calculations of the device showed that it provides the ability to:
- сокращения количества операций, необходимых для вычисления расстояния до объекта,- reducing the number of operations required to calculate the distance to the object,
- определения расстояний, превышающих порог дальности прототипа.- determination of distances exceeding the threshold range of the prototype.
Покажем это на примере.We show this by example.
Пример 1 работы устройства с использованием трансверсального фильтра для определения расстояния до отражающей поверхности.Example 1 of the operation of the device using a transverse filter to determine the distance to the reflective surface.
В рассматриваемом примере пусть n=3, N=7 (N=2n-1), k=0, Tстр.=N∙T0=7T0, R1=T0∙C/2, dD=6∙T0∙C/2.In this example, let n = 3, N = 7 (N = 2 n -1), k = 0, T p. = N ∙ T 0 = 7T 0, R1 = T 0 ∙ C / 2, dD = 6 ∙ T 0 ∙ C / 2.
Зондирующий сигнал - периодический бинарный оптический сигнал периода 7∙T0. Сигнал состоит из пауз и импульсов с постоянной мощностью излучения. Длительность пауз и импульсов одинакова и составляет T0. Паузе соответствует 0, импульсу - 1. Таким образом, осуществляется модуляция M-последовательностью [0111010]. Излучается по крайней мере три периода M-последовательности, что отражено на фиг. 4, график Б. Также на фиг. 4. отражены синхроимпульсы, подаваемые с блока 3, график А. Задержанный отраженный сигнал, детектированный приемником, показан на фиг. 4 на графике В. Синхроимпульсы, подаваемые с блока 11, отражены на фиг. 4 на графике Г. Отражение процесса интегрирования детектированного приемником сигнала показано на фиг. 4 на графике В, а на временных отрезках [0; T0] - на фиг. 4 на графике Д.The probe signal is a periodic binary optical signal of the
Синхроимпульсы, подаваемые с блока 16, отражены на фиг. 4 на графике Е. Сформированная дискретная последовательность Q на выходе блока 5 показана на фиг. 4 на графике Ж. Сформированная дискретная последовательность G и графические пояснения к способу определения задержки показаны на графике И, фиг. 4. На графике И, фиг. 4 выборка G из N отсчетов приведена с условной привязкой ко времени. Отсчеты G вычисляются в зависимости от способа вычисления корреляции в блоке 6, либо последовательно с задержкой между отсчетами на время вычисления отсчета, либо все одновременно с задержкой на время обработки выборки Q. На фиг. 4 на графике 3 отсчеты G приурочены ко времени появления переднего фронта синхроимпуса (фиг. 4, график Е) с соответствующим номером, отраженным на графике.The clock pulses supplied from
Для вычисления свертки используется трансверсальный фильтр, схема которого приведена на фиг. 8. Порядок вычисления последовательности G с использованием трансверсального фильтра (фиг. 8) отражен на фиг. 7.To calculate the convolution, a transverse filter is used, the circuit of which is shown in FIG. 8. The procedure for calculating the sequence G using a transverse filter (FIG. 8) is reflected in FIG. 7.
В этом примере блок буферной памяти 10 не используется. Фильтр состоит из устройства запоминания N-1 отсчетов Q, представляющего собой сдвиговый регистр, и устройства суммирования входного отсчета, подаваемого на сдвиговый регистр, и N-1 отсчетов, считываемых из сдвигового регистра. Отсчеты подаются на устройство суммирования с весомыми коэффициентами (коэффициенты трансверсального фильтра), принимающими значения +1 и -1. Коэффициенты трансверсального фильтра согласно фиг. 8 определяются из исходной M-последовательности, используемой для модуляции передаваемого сигнала, путем замены в ней нулей на минус единицы.In this example,
Так, если для модуляции зондирующего сигнала используется M-последовательность [0, 1, 1, 1, 0, 1, 0], то коэффициенты для трансверсального фильтра будут согласно фиг. 8 [A1=-1; A2=1; A3=1; A4=1; A5=-1; A6=1; A7=-1]. Сформированная последовательность Q подается на трансверсальный фильтр (фиг. 8). На такте N=7 синхроимпульса с блока 16 (фиг. 3) считываем первый член выборки G, на такте N+1 - соответственно второй член выборки G. Номер члена выборки G соотносится с номером синхроимпульса с блока 16 (фиг. 3) по формуле j=(i)modN+1, где N=7, i - номер синхроимпульса с блока 16 (фиг. 3), a j - номер члена выборки G.So, if the M-sequence [0, 1, 1, 1, 0, 1, 0] is used to modulate the probe signal, then the coefficients for the transverse filter will be according to FIG. 8 [A1 = -1; A2 = 1; A3 = 1; A4 = 1; A5 = -1; A6 = 1; A7 = -1]. The formed sequence Q is fed to a transverse filter (Fig. 8). At clock cycle N = 7 of the clock pulse from block 16 (Fig. 3), we read the first member of sample G, at cycle N + 1, respectively, the second member of sample G. The number of the sample member G corresponds to the clock number from block 16 (Fig. 3) by the formula j = (i)
Первый отсчет (член выборки G): G1=0First sample (sample member G): G 1 = 0
Второй отсчет: G2=0Second count: G 2 = 0
Третий отсчет: G3=2.6667Third count: G 3 = 2.6667
Четвертый отсчет: G4=1.3337Fourth count: G 4 = 1.3337
Пятый, шестой и седьмой отсчеты: G5=G6=G7=0Fifth, sixth and seventh samples: G 5 = G 6 = G 7 = 0
Видно, что отсчеты G3 и G4 больше нуля, т.е. превышают порог обнаружения. Пусть в этом варианте порог обнаружения равен 1.0. Берем первый отсчет, превышающий порог, - G3=Gпор. По его номеру путем отнимания единицы определяем равное 3 количество целых интервалов T0 в Tзад.It can be seen that the samples G 3 and G 4 are greater than zero, i.e. exceed the detection threshold. Let the detection threshold in this embodiment be 1.0. We take the first count that exceeds the threshold, - G 3 = G then. By its number, by subtracting the unit, we determine an equal 3 number of whole intervals T 0 in T ass .
TOF=(3-1)·T0+dt.TOF = (3-1) · T 0 + dt.
ОпределимDefine
dt=T0·(G4/(G3+G4))=T0·(1.333/4)=T0/3dt = T 0 · (G 4 / (G 3 + G 4)) = T 0 + (1.333 / 4) = T 0/3
Таким образом, расстояние до отражающей поверхности равноThus, the distance to the reflective surface is
L=2.333·T0·C/2.L = 2.333 · T 0 · C / 2.
Пример 2 работы устройства использованием вычисления циклической свертки для определения расстояния до отражающей поверхности.Example 2 of the operation of the device using the calculation of cyclic convolution to determine the distance to the reflective surface.
Отличается от примера 1 тем, что излучается, по крайней мере, не три, а два периода M- последовательности. В этом примере используется блок буферной памяти 10 (фиг. 3). По синхроимпульсу с блока 16 (фиг. 3) с номером 7=N выборка Q, содержащая 7 отсчетов, переписывается в устройство вычисления циклической свертки. Порядок вычисления циклической светки описан в разделе этапа 8. Результатом вычисления является выборка G, содержащая 7 членов. Выборка G, получаемая в результате вычисления циклической свертки, отображена на фиг. 6.It differs from Example 1 in that at least not three, but two periods of the M-sequence are emitted. In this example, a
Порядок определения L - расстояния до отражающей поверхности - полностью совпадает с порядком, описанным в предыдущем примере.The procedure for determining L — the distance to the reflecting surface — completely coincides with the procedure described in the previous example.
Можно вычислить циклическую свертку через БПУ, сократив число операций сложения при вычислении циклической свертки. В этом случае обязательно использование блока буферной памяти 10 (см. фиг. 11).You can calculate the cyclic convolution through the BPU, reducing the number of addition operations when calculating the cyclic convolution. In this case, it is mandatory to use the block of buffer memory 10 (see Fig. 11).
Покажем, как произвести указанное вычисление.We show how to perform the specified calculation.
Сформируем ортогональную матрицу, отличающуюся от матрицы Уолша только перестановкой строк и столбцов и умножением на минус единицу. Назовем ее матрица А.We form an orthogonal matrix that differs from the Walsh matrix only by rearranging rows and columns and multiplying by minus one. We call its matrix A.
Для этого в исходной M-последовательности периода 23-1=7 заменим нули на «-1». Это будет первая строка формируемой матрицы 7×7. Сформируем все последующие строки матрицы, произведя последовательно все циклические сдвиги (вправо). Дополним все строки полученной матрицы «-1» слева. Дополним матрицу сверху строкой, состоящей из «-1». В результате операций из периода M-последовательности {0, 1, 1, 1, 0, 1, 0} получим матрицу А, отраженную на фиг. 9.To do this, in the original M-sequence of the period 2 3 -1 = 7, replace zeros with “-1”. This will be the first row of the generated 7 × 7 matrix. We form all subsequent rows of the matrix, making sequentially all cyclic shifts (to the right). We supplement all the rows of the resulting matrix “-1” on the left. Supplement the matrix above with a line consisting of "-1". As a result of operations from the period of the M-sequence {0, 1, 1, 1, 0, 1, 0}, we obtain the matrix A, reflected in FIG. 9.
Сформируем из выборки Q вектор B длины N+1=8 для умножения на матрицу А, дополнив первую позицию в векторе нулем, а последующие позиции - элементами выборки Qi, получим вектор-столбец:We form a vector B of length N + 1 = 8 from sample Q to be multiplied by matrix A, adding the first position in the vector to zero, and the following positions to elements of the sample Q i , we obtain a column vector:
В={0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7},B = {0, Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , Q 6 , Q 7 },
приведенный на фиг. 9.shown in FIG. 9.
В результате умножения на матрицу А вектора В получим вектор C, также приведенный на фиг. 9.As a result of the multiplication by the matrix A of the vector B, we obtain the vector C, also shown in FIG. 9.
Первая позиция вектора C представляет собой сумму всех элементов вектора В, умноженную на «-1», а последующие позиции содержат элементы выборки G.The first position of the vector C is the sum of all elements of the vector B times “-1”, and the subsequent positions contain the elements of the sample G.
Приведем матрицу А путем перестановки столбцов и умножения матрицы на «-1» к матрице Уолша, упорядоченной по Адамару.We present matrix A by rearranging the columns and multiplying the matrix by “-1” to the Walsh matrix ordered by Hadamard.
Существуют эффективные быстрые алгоритмы умножения вектора-столбца на матрицу Уолша, упорядоченную по Уолшу и Адамару - БПУ.There are effective fast algorithms for multiplying a column vector by a Walsh matrix ordered by Walsh and Hadamard – BPU.
Алгоритмы БПУ позволяют вычислять умножение вектора размерности 2n=N+1 на матрицу размерности 2n, использовав n∙2n операций сложения.BPU algorithms allow one to calculate the multiplication of a vector of
Покажем, как путем перестановки строк и столбцов привести матрицу А к матрице Уолша, упорядоченной по Адамару.We show how, by rearranging rows and columns, to bring matrix A to the Walsh matrix ordered by Hadamard.
Действие 1. Возьмем любые три строки матрицы А, за исключением первой (верхней), состоящей из минус единиц. Допустим, это будут строки 2, 3, 4.
Действие 2. В полученной матрице заменим минус единицы на нули.
Действие 3. Столбцы полученной матрицы рассматриваем как двоичный код. Переведем столбцы матрицы, полученной в результате действия 2, в привычный десятичный код.
Пример выполнения действий 1, 2, 3 приведен на фиг. 10.An example of performing
Действие 4. Упорядочим столбцы матрицы А в порядке возрастания в соответствии с десятичным кодом, полученным в результате действия 3. В результате получим матрицу А1, строки которой есть дискретные функции Уолша, умноженные на -1.
Действие 5. Упорядочим вектор-столбец в порядке возрастания в соответствии с десятичным кодом, полученным в результате действия 3. Результат упорядочивания вектор-столбец В1, матрица А1 и вектор В1 отражены на фиг. 11.
Действие 6. Сосчитаем в матрице А1 число смен знака в каждой строке и запишем результат в столбец Д (фиг. 12).
Действие 7. Запишем результат, полученный в столбце Д, в виде двоичного кода Грея столбец Е (фиг. 12).
Действие 8. Прочитаем столбец Е (фиг. 12) как двоичный код и результат как десятичный код запишем в столбец Ж (фиг. 12)
Действие 9. Упорядочим строки матрицы А1 и элементы вектора-столбца С в порядке возрастания чисел в столбце Ж. В результате получим матрицу А2 и вектор-столбец С1.
Матрица А2 отличается от матрицы Уолша, упорядоченной по Адамару, только умножением на минус единицу. Для получения вектора столбца С1 путем умножение вектора В1 на матрицу А2 с применением БПУ вычисляется с использованием только (N+1) log2(N+1) операций сложения.Matrix A2 differs from the Walsh matrix, ordered by Hadamard, only by multiplying by minus one. To obtain the column vector C1 by multiplying the vector B1 by the matrix A2 using the control unit, it is calculated using only (N + 1) log 2 (N + 1) addition operations.
На фиг. 13 отображен процесс вычисления циклической свертки с использованием БПУ по Адамару.In FIG. 13 shows the process of calculating the cyclic convolution using the Hadamard control unit.
Действие 1. (фиг. 13.) Дискретная выборка Q из N членов переписывается из буферной памяти блок 10 (фиг. 3) в блок 6.
Действие 2. Все члены дискретной последовательности Q изменяют знак на противоположный.
Действие 3. Производим перестановку элементов выборки Q в соответствии с порядком их расположения в векторе В1 (фиг. 12) и добавляем в качестве первого члена вектора столбца В1 нуль.
Действие 4. Производим БПУ над вектором В1.
Действие 5. Записываем результат БПУ в виде вектора размерности N+1 и производим перестановки в соответствии с порядком членов G в векторе столбце С1 (фиг. 12) и отбрасываем первый результата БПУ.
Настоящее устройство позволяет сократить число операций сложения в зависимости от N. Действительно, число операций сокращается в N/log2(N+1).The present device allows reducing the number of addition operations depending on N. Indeed, the number of operations is reduced in N / log 2 (N + 1).
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - увеличение снижение энергопотребления за счет снижения нагрузки на вычислительные модули.Thus, in this invention, the goal is achieved - to increase the reduction in energy consumption by reducing the load on the computing modules.
Рекомендуется применять данное изобретение для:It is recommended to use this invention for:
- лазерной дальнометрии,- laser ranging
- трехмерного лазерного картографирования,- three-dimensional laser mapping,
- систем технического зрения, в т.ч. и для летательных аппаратов, робототехнических систем, систем охраны и мониторинга за перемещением удаленных объектов,- systems of technical vision, including and for aircraft, robotic systems, security systems and monitoring the movement of remote objects,
- рефлектометрии оптических волокон, нахождения дефектов в оптоволоконных кабелях,- reflectometry of optical fibers, finding defects in fiber optic cables,
- устройств волоконно-оптического мониторинга удаленных протяженных объектов.- devices for fiber-optic monitoring of remote extended objects.
Claims (4)
источник излучения на объект модулированного бинарного оптического сигнала, вход которого соединен с
выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, вход которого соединен с
выходом генератора тактового сигнала,
светочувствительный элемент детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, выход которого соединен с
первым входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала со светочувствительного элемента в цифровой сигнал, а
выход аналогово-цифрового преобразователя соединен с первым входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов, причем второй вход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен с выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале, а
выход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов соединен со входом модуля порогового обнаружения сигнала, выход которого соединен с
первым входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала, выход которого соединен со входом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины,
отличающееся тем, что
оптическое устройство для определения расстояний до объекта дополнительно включает в себя:
блок интегрирования, первый вход которого соединен с выходом светочувствительного элемента детектирования отраженного оптического сигнала от объекта, а выход которого соединен с входом аналогово-цифрового преобразователя сигнала,
блок буферной памяти, первый вход которого соединен с выходом аналогово-цифрового преобразователя, а выход которого соединен с первым входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов,
блок конъюнкции сигналов, первый вход которого соединен с выходом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержки отраженного сигнала, а второй вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала, а выход блока конъюнкции сигналов соединен со вторым входом блока интегрирования, вторым входом аналогово-цифрового преобразователя и вторым входом блока буферной памяти,
блок формирования кратного синхроимпульса, по которому содержимое ячеек блока буферной памяти переписывается в модуль вычисления корреляции, соединенный с блоком буферной памяти,
блок вычисления временной задержки отраженного сигнала, соединенный с выходом модуля порогового обнаружения сигнала и входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержке отраженного сигнала,
блок преобразования нулевого сигнала в отрицательный, соединенный со входом модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов и с выходом генератора создания модуляции в виде бинарной последовательности максимальной длины в бинарном оптическом сигнале,
и тем, что выход модуля вычисления корреляции излученного и отраженного сигналов дополнительно соединен со вторым входом модуля вычисления расстояния до определяемого объекта по временной задержки отраженного сигнала.1. An optical device for determining distances to an object, including:
a radiation source to an object of a modulated binary optical signal, the input of which is connected to
the output of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical signal, the input of which is connected to
clock generator output
a photosensitive element for detecting a reflected optical signal from an object whose output is connected to
the first input of an analog-to-digital signal converter from the photosensitive element to a digital signal, and
the output of the analog-to-digital converter is connected to the first input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals, and the second input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals is connected to the output of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical signal, and
the output of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals is connected to the input of the threshold detection module of the signal, the output of which is connected to
the first input of the module for calculating the distance to the determined object by the time delay of the reflected signal, the output of which is connected to the input of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length,
characterized in that
an optical device for determining distances to an object further includes:
an integration unit, the first input of which is connected to the output of the photosensitive element for detecting the reflected optical signal from the object, and the output of which is connected to the input of an analog-to-digital signal converter,
a buffer memory unit, the first input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, and the output of which is connected to the first input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals,
a signal conjunction block, the first input of which is connected to the output of the module for calculating the distance to the detected object from the time delay of the reflected signal, and the second input of which is connected to the output of the clock signal generator, and the output of the signal conjunction block is connected to the second input of the integration block, the second input of analog the converter and the second input of the buffer memory unit,
a multiple sync pulse generation unit, according to which the contents of the cells of the buffer memory block are written to the correlation calculation module connected to the buffer memory block,
a unit for calculating the time delay of the reflected signal connected to the output of the module for threshold detection of the signal and the input of the module for calculating the distance to the detected object from the time delay of the reflected signal,
a block for converting a zero signal into a negative one, connected to the input of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals and with the output of the modulation generator in the form of a binary sequence of maximum length in a binary optical signal,
and the fact that the output of the module for calculating the correlation of the emitted and reflected signals is additionally connected to the second input of the module for calculating the distance to the detected object from the time delay of the reflected signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153695/28A RU2577079C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Optical device for determining distance to object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014153695/28A RU2577079C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Optical device for determining distance to object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577079C1 true RU2577079C1 (en) | 2016-03-10 |
Family
ID=55654369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014153695/28A RU2577079C1 (en) | 2014-12-29 | 2014-12-29 | Optical device for determining distance to object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577079C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626973C1 (en) * | 2016-04-07 | 2017-08-02 | Владимир Владиславович Имшенецкий | Optical device for determining distances to object |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195688C2 (en) * | 2000-11-28 | 2002-12-27 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Procedure measuring distance to objects with use of picosecond pulses and device for its realization |
| US7202941B2 (en) * | 2002-11-26 | 2007-04-10 | Munro James F | Apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof |
| WO2012014077A2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Waikatolink Limited | Apparatus and method for measuring the distance and/or intensity characteristics of objects |
-
2014
- 2014-12-29 RU RU2014153695/28A patent/RU2577079C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2195688C2 (en) * | 2000-11-28 | 2002-12-27 | Научно-исследовательский институт измерительных систем | Procedure measuring distance to objects with use of picosecond pulses and device for its realization |
| US7202941B2 (en) * | 2002-11-26 | 2007-04-10 | Munro James F | Apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof |
| WO2012014077A2 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Waikatolink Limited | Apparatus and method for measuring the distance and/or intensity characteristics of objects |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2626973C1 (en) * | 2016-04-07 | 2017-08-02 | Владимир Владиславович Имшенецкий | Optical device for determining distances to object |
| WO2017176172A1 (en) * | 2016-04-07 | 2017-10-12 | Владимир Владиславович ИМШЕНЕЦКИЙ | Optical device for determining distance to object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rapp et al. | Dead time compensation for high-flux ranging | |
| JP5138854B2 (en) | Optical distance measurement | |
| US4291976A (en) | Digital fiber optic position sensor | |
| JP5655133B2 (en) | Spatial information detector | |
| CN112424639B (en) | Measuring distance to object using time of flight and pseudo-random bit sequence | |
| US10914824B2 (en) | Systems and methods for measuring a time of flight in a lidar system | |
| WO2019200833A1 (en) | Distance measurement method and apparatus, and distance measurement sensor and distance measurement sensing array | |
| US20200301014A1 (en) | Resolving Distance Measurement Ambiguities Using Coded-Modulation Phase Image Frames | |
| CN111308482B (en) | Filtered continuous wave time-of-flight measurement based on coded modulated images | |
| US3825340A (en) | Frequency modulation telemetry system | |
| GB2486455A (en) | Error correction in thermometer codes | |
| CN103983981A (en) | Three-dimensional compressed imaging method and device based on phase position distance measurement principle | |
| CN111798503A (en) | Simultaneous data transmission and depth image recording with a time-of-flight camera | |
| CN111200710A (en) | Image sensor with interleaved retention for single readout depth measurement | |
| US11994627B2 (en) | Microsecond time of flight (μTOF) sensor | |
| RU2577079C1 (en) | Optical device for determining distance to object | |
| EP3987305B1 (en) | Direct time-of-flight depth sensor architecture and method for operating of such a sensor | |
| CN115308756A (en) | Pixel circuit, image sensor and detection device | |
| RU2605628C1 (en) | Method and optical device for determining distance to object | |
| RU2626973C1 (en) | Optical device for determining distances to object | |
| CN113298778B (en) | Depth calculation method and system based on flight time and storage medium | |
| RU2653558C9 (en) | Optical device for determining distance to object | |
| US20210341606A1 (en) | System and method for calculating a binary cross-correlation | |
| KR101654665B1 (en) | Method of measuring distance based on optical signals having different wavelength and apparatus thereof | |
| JP2010197118A (en) | Distance measuring device |