利用飞行时间相机同时进行数据传输和深度图像记录

摘要

本公开涉及利用飞行时间相机同时进行数据传输和深度图像记录，例如，用于同时飞行时间(ToF)测量和信息信号传输的技术。通过以N个固定间隔的脉冲的组发射该系列光脉冲，并在连续组的脉冲之间选择性地改变时间间隔而将信息信号叠加在一系列光脉冲上，使得在连续组的发射脉冲之间产生的时间间隔的变化指示信息信号的值。被配置为使用从调制信号导出的脉冲参考信号解调接收光的像素被控制以生成像素信号值，每个像素信号值指示从ToF测量设备到对象并返回的飞行时间。该控制包括在与改变发射脉冲之间的时间间隔的相同方式中改变在连续组的参考信号脉冲之间的时间间隔，使得信息信号的叠加在ToF测量上没有影响。

权利要求

1.一种在飞行时间ToF测量设备中用于经由ToF测量脉冲通信数据的方法，所述方法包括：发射由振幅调制光利用调制信号形成的一系列光脉冲，其中发射所述一系列光脉冲包括：通过以N个脉冲为一组地发射所述一系列光脉冲，将信息信号叠加在所述一系列光脉冲上，每组发射脉冲中的所述N个脉冲以固定间隔被发射；并且响应于所述信息信号，选择性地改变在连续组的发射脉冲之间的时间间隔，使得产生的在连续组的发射脉冲之间的时间间隔的变化指示所述信息信号的值；以及控制一个或多个像素，所述一个或多个像素被配置为使用从所述调制信号导出的脉冲参考信号来解调接收到的光，以生成相应的像素信号值，一个或多个所述像素信号值中的每个像素信号值指示从所述ToF测量设备到对象并返回到所述ToF测量设备的飞行时间，其中所述控制包括以与在所述连续组的发射脉冲之间的时间间隔的所述变化相对应的方式改变在连续组的参考信号脉冲之间的时间间隔。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述发射和所述控制之前，发射一系列固定间隔的脉冲，所述一系列固定间隔的脉冲不具有叠加在该脉冲上的信息信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述信息信号包括用于所述ToF测量设备的标识符。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述信息信号是数字信号，并且在所述连续组的发射脉冲之间的所述间隔被约束为预定组的变化时间间隔。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述信息信号是模拟信号。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述连续组的发射脉冲之间的所述变化时间间隔距离所述固定间隔的长度的改变不超过所述固定间隔的所述长度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中每组的所述发射脉冲与紧邻的后一组发射脉冲之间的所述时间间隔指示所述信息信号的值。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述信息信号叠加在所述一系列光脉冲上包括：以N个脉冲的成对的组的方式发射所述一系列光脉冲，其中每对中的第二组N个脉冲相对于第一组N个脉冲被移位固定相位。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述固定相位是90度。

10.一种飞行时间测量设备，包括：

光源，被配置为发射一系列光脉冲，所述一系列光脉冲由振幅调制光利用调制信号形成；

传感器，包括多个像素，所述多个像素被配置为响应于所接收的光而生成相应的多个像素信号值，其中每个像素被配置为通过使用参考信号解调所接收的光来获取所述像素的相应像素信号值；

参考信号发生器，被配置为生成所述参考信号并将所述参考信号提供给所述多个像素，以及控制电路装置，被配置为：

控制所述光源以N个脉冲为一组地发射所述一系列光脉冲，每组发射脉冲中的所述N个脉冲以固定间隔被发射；并且响应于信息信号而选择性地改变在连续组的发射脉冲之间的时间间隔，使得产生的在连续组的发射脉冲之间的时间间隔的变化指示所述信息信号的值；

控制一个或多个所述像素，以使用从所述调制信号导出的脉冲参考信号来解调接收到的光，以生成相应的像素信号值，一个或多个所述像素信号值中的每个像素信号值指示从所述ToF测量设备到对象并返回到所述ToF测量设备的飞行时间，控制所述参考信号生成器以与在所述连续组的发射脉冲之间的时间间隔的所述变化相对应的方式改变在连续组的参考脉冲之间的时间间隔。

11.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述控制电路还被配置为：在以连续组之间具有变化的时间间隔的方式、以N个脉冲为一组地发射所述脉冲之前，控制所述光学发射器发射一系列固定间隔的脉冲，所述一系列固定间隔的脉冲不具有叠加在该脉冲上的信息信号。

12.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述控制电路装置被配置为在所述信息信号中包括用于所述飞行时间测量设备的标识符。

13.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述信息信号是数字信号，并且所述控制电路装置被配置为将在所述连续组的发射脉冲之间的所述间隔约束为预定组的变化时间间隔。

14.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述信息信号是模拟信号。

15.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述控制电路装置被配置为发射所述一系列光脉冲，使得在所述连续组的发射脉冲之间的所述变化时间间隔距离所述固定间隔的长度的改变不超过所述固定间隔的所述长度。

16.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述控制电路装置被配置为发射所述一系列光脉冲，使得每组的所述发射脉冲与紧邻的后一组发射脉冲之间的所述时间间隔指示所述信息信号的值。

17.根据权利要求10所述的飞行时间测量设备，其中所述控制电路装置被配置为通过以N个脉冲的成对的组的方式发射所述一系列光脉冲，来将所述信息信号叠加在所述一系列光脉冲上，其中每对中的第二组N个脉冲相对于第一组N个脉冲被移位固定相位。

18.根据权利要求17所述的飞行时间测量设备，其中所述固定相位是90度。

说明书

利用飞行时间相机同时进行数据传输和深度图像记录

技术领域

[0001] 本公开总体上涉及飞行时间(ToF)测量，并且更具体地涉及在用于ToF测量的发射的光上叠加数据的技术。

背景技术

[0002] 在光学感测应用中，深度测量(即，针对图像传感器对一个或多个对象的各种特征的距离的测量)，可以被执行为所谓的飞行时间(ToF)测量，飞行时间(ToF)测量是使用光速和图像/像素传感器确定的距离测量。到感兴趣对象的距离通常是按像素计算的，并且一旦被计算，该距离就可以被用于深度检测、手势标识、对象检测等。每像素的距离被合并以创建输出(诸如，提供三维图像的深度地图)。代替深度图或除深度图之外，可以产生其他类型的输出(诸如，点云、强度图像等)。ToF测量技术越来越多地被发现在便携式电子设备中(诸如，蜂窝电话和“智能”设备)。

[0003] 许多常规的TOF测量方式需要多次连续曝光(也称为拷贝)。每次曝光都需要来自被振幅调制的光源所生成的光，该调制在相应相位处使用相对于被应用到像素的参考信号的调制信号，该像素解调从一个或多个感兴趣对象反射的光，该相位针对不同的曝光是不同的。例如，一种方式需要四个单独的曝光，具有相对于参考信号的分别在0°、90°、180°和270°处的调制信号的相位。来自四次曝光的测量信息被收集并比较以确定深度地图。针对具有扩展的明确范围的高精度测量，可以执行更多的曝光(例如，多达九个单独的原始测量)。这一常规方式，以及数个变型和支持硬件在2018年10月31日提交的第16/176,817号的美国专利申请(标题为“Image Sensor with Interleaved Hold for Single-Readout Depth Measurement”)中被详细描述，用于为本发明提供背景的目的，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

发明内容

[0004] 本文描述了用于同时进行飞行时间(ToF)测量和数据传输的技术。根据下文描述的一些实施例，通过以N组固定间隔的脉冲发射一系列光脉冲并选择性地改变在连续组脉冲之间的时间间隔，数据被叠加在由具有频率f的调制信号的振幅调制光形成的一系列光脉冲上，由此，在连续组的发射脉冲之间产生的时间间隔的变化指示被传输的数据值。被配置为使用从调制信号导出的脉冲参考信号解调接收光的像素被控制以生成像素信号值，每个像素信号值指示从ToF测量设备到对象并返回的飞行时间。该控制包括以在发射脉冲之间的时间间隔被改变的相同方式来改变连续组的参考信号脉冲之间的时间间隔，使得数据的叠加在ToF测量上没有影响。

附图说明

[0005] 图1是示出根据本文描述的一些实施例的飞行时间测量系统的示图。

[0006] 图2示出了示例性的光子混合设备(PMD)。

[0007] 图3示出了根据飞行时间(TOF)技术的相位测量的原理的示图。

[0008] 图4A和图4B示出了根据一些实施例的组合ToF测量和数据传输的原理。

[0009] 图5是示出了根据一些实施例的用于经由ToF测量脉冲通信数据的方法的流程图。

[0010] 图6是示出了根据一些实施例的示例性ToF测量设备的部件的框图。

具体实施方式

[0011] 如上文所述的，飞行时间(ToF)测量设备发射调制光，该调制光用于测量到附近对象和场景的距离。调制光也可以被用于通信目的。将光学通信与ToF深度感测相结合可以为通信提供许多益处的任何益处(诸如，位置感知通信)，例如：其中通信与定位相结合，和/或用于能够抵抗中继攻击的短距离安全通信。在便携式设备之间的位置感知光学通信可以从ToF深度感测受益，其中深度信息指示到通信伙伴的距离，而伙伴设备在图像中的位置指示了方向。

[0012] 然而，光学地传输数据需要能量，这在一些设备上可能是受限制的。此外，通过传输数据所发射的光的数量和强度可能会受到法规的严格约束(例如，针对眼睛安全的原因而被约束)。因此，减少实行所需通信和深度感测功能所需的光的能量的量可以是非常重要的。

[0013] 本文描述用于结合深度感测和数据传输的技术。这意味着数据在与用于ToF测量的调制光相同的调制光上被传输到其他设备。换言之，数据可以被叠加在用于ToF测量(例如，用于深度成像)的调制光上。

[0014] 现在将参照附图来描述本发明，其中，相似的附图标记用于指代上下文中相似的元件，并且其中所示出的结构和设备不必按比例绘制。在本公开中，术语“图像”和“图像传感器”不限于涉及可见光的图像或传感器，而是涵盖可见光和其他电磁辐射的使用。因此，本文使用的术语“光”是广义的，并且指可见光以及红外和紫外辐射。

[0015] 图1示出了众所周知的连续波(CW)飞行时间(TOF)测量的基本原理。光源110(诸如，发光二极管(LED)或垂直腔面发射激光器(VCSEL))利用电信号(例如，在300MHz的射频正弦信号)来调制，使得光源110向目标场景120发射经振幅调制的光学信号。以光速c行进时，光信号从场景120中的一个或多个对象反射，并返回到在TOF传感器130中的像素阵列135，其中去往目标场景120并返回的飞行时间对在像素阵列135处接收到的光信号施加了相对于最初发射的光信号的相移

[0016] 用于调制发射光或其相移版本的调制信号137也作为参考信号而被提供给在像素阵列135中的像素，以与叠加在反射光学信号上的调制信号相关(实际上，反射光学信号由在像素阵列135中的每个像素解调)。

[0017] 虽然光感测像素的结构和设计可以变化，但在像素阵列135中的每个像素在一些实例中可以是光子混合设备或PMD。图2示出了示例性PMD的基本结构，其包括读出二极管A和读出二极管B以及调制栅极A和调制栅极B。在光栅极/二极管接收到入射光时，参考信号在调制栅极A和调制栅极B上被差分地应用，并且跨p衬底创建在电势中的梯度。跨读出二极管A和读出二极管B生成差分传感器信号。来自像素的传感器信号可以用一段时间来进行集成，以确定相位测量信息。

[0018] 在PMD的Read-A和Read-B节点处的电压之间的差对应于由在示出的设备中的光敏二极管结构检测到的调制光学信号与应用于设备的Mod-A和Mod-B节点之间的参考信号之间的相关。因此，如下文进一步详细讨论的，PMD(和其他光敏像素结构)解调从目标场景120反射的调制光学信号，产生指示由反射光学信号所行进的距离的像素信号值(在这种情况下，在Read-A和Read-B处的电压之间的差)。

[0019] 虽然调制信号可以采用各种形式，但是在将正弦信号作为调制信号时，最容易看到这种相关/解调背后的原理。如果调制信号g(t)和接收信号s(t)具有如以下等式给出的调制振幅“a”和相移

[0020] m(t)＝cos(ωt)，以及

[0021]

[0022] 则接收信号与参考信号的相关给出：

[0023]

[0024] 这是在两个信号之间的相位差 的函数。应理解，对于周期性调制信号，可以针对延长的时间段(例如，调制信号的数个周期)实行该相关，以改善所得到的测量的信噪比。

[0025] 在发射的光学信号和接收到的该信号的反射(与由光学信号行进的距离成正比)之间的相位差可以通过N相移技术提取。这需要在N个不同点处采样相关函数(例如，通过使用参考信号相对于调制信号g(t)的N个不同相移来执行相关)。至少需要两次测量来计算此相移，并从而确定行进距离。这通常使用在0、90、180和270度处的四个不同相移来完成，因为这允许针对在相关结果中的系统偏移的简单抵消。参见图3，其示出了分别在0度和90度处的相关A0和A1如何对应于具有“理想”分量的第一相位向量，该“理想”分量对应于由光学信号所行进的实际差以及反映测量和读出中的系统错误的系统分量。相似地，分别在180度和270度处的相关A2和A3对应于指向相反方向的第二相位向量，其具有完全相反的“理想”分量和相同的系统分量。在图中，理想分量由从原点到圆的向量表示，而系统错误分量由较小的向量表示。然后，实际相位 可以如以下等式计算：

[0026]

[0027] 在该相位中，到目标场景120的距离或“深度”可以如以下等式计算：

[0028]

[0029] 其中fmod是调制信号的频率。应理解，因为“相位包裹”，该距离计算具有不明确的结果，这是由于不可能从单个距离计算中判断所行进的距离是小于调制波形的单个波长还是多个波长。用于解决这种模糊性的各种技术是众所周知的，例如：合并从反射光学信号获得的振幅信息，和/或利用不同的调制频率重复测量，但是对这些技术的详细讨论对于充分理解本公开的技术是不必要的，因此不在本公开的讨论范围内。

[0030] 图4A和图4B示出了用于ToF测量的在调制光上叠加数据传输的一个示例技术的基本原理。图4A示出了在发射的照射信号和被应用于解调像素的参考信号之间的关系，该解调像素用于使用矩形脉冲针对发射光进行强度调制的常规连续波ToF测量。如在图中可见的，给定的曝光可以涉及一系列固定间隔的脉冲的传输(如在图4A中示出的，作为“照射信号”)。对于在照射信号和参考信号之间的相位差为零的曝光，如在图中示出的，应用于像素的参考信号可以与应用于发射光的振幅调制有效地相同。在图4A中，这可见于“像素参考信号”，其包括与照射信号对齐的一系列固定间隔脉冲。曝光可以具有一毫秒或更多毫秒的持续时间(例如，参考频率为100MHz)，这意味着曝光可以包括数百个脉冲。ToF测量设备将从对象反射的光脉冲与参考信号相关联，对这些脉冲上的关联进行整合，以产生与到感兴趣的对象或场景的距离成正比的相位测量。如在图4A中示出的，应理解，当脉冲为矩形时，该测量有效地是在接收光脉冲与参考信号之间的对准的测量，随着到被照射对象的距离的增加(在模糊度距离内)，表明其自身在接收到的光脉冲和参考脉冲之间增加的错位。

[0031] 如上文所述的，给定的曝光可以包括一系列数打或数百个固定间隔的脉冲，图4A仅示出了这些脉冲的一小部分。通过将脉冲分组到N个脉冲的组中，可以将数据叠加到发射光上，其中每组脉冲以N个脉冲之间的固定间隔进行传输。换言之，在给定组内脉冲之间的时间间隔是恒定的。然而，随着传送信息的变化程度，在连续组之间的间隔(即，时间间隔)可以被改变。该改变的示例在图4B中被示出，其示出了N＝2的示例(即，在照射信号中每组存在两个脉冲)。如图所示，在给定组内脉冲之间的时间间隔跨所有组都是恒定的，并且等于tp。然而，在连续组之间的时间间隔可以从该“正常”时间间隔tp变化，并且利用该变化传送信息。在图4A中示出的示例中，相对于第一组脉冲，第二组脉冲被延迟了附加时间 相对于第二组脉冲，第三组脉冲被延迟了不同的附加时间

[0032] 这些不同的时间延迟可以将数据值传送给能够检测这些延迟的远程接收器(例如，其中 的延迟指示值“0”，而 的延迟指示值“1”)。应注意，这只是一个示例性实施例(一些实施例可以利用附加延迟，以便提供更复杂的调制字母表，例如，使得每个延迟承载多于一个比特值)。例如，如果四个不同的延迟在组之间被使用，则每个延迟可以指示两个比特的四个可能组合的一个组合。更复杂的调制字母表是可能的。

[0033] 更通常地，经由这些时间延迟来传送数据的至少三种基本方式是可能的，这些方法通常对应于开关键控、脉冲位置调制和相移键控。根据开关键控方式，在相邻组脉冲之间存在或不存在额外延迟传送“1”或“0”。在脉冲位置调制方式中，信息由在相邻组脉冲之间延迟的特定长度承载，相对于在每组内的脉冲之间的间隔，该信息可以非常长(该信息可以表示模拟量或预定数量的量化等级中的一个量化等级)。利用相移键控(即在图4B中示出的方法)，在延迟中的可变性是在给定组内从脉冲到脉冲的间隔的一部分，使得一组脉冲的相位相对于先前组承载信息。一般而言，这可以是模拟量的表示，或者是预定数量的量化等级的一个量化等级。如在下文中描述的，相移键控方法允许在接收设备中使用ToF传感器(例如，具有PMD像素)直接解调信息。

[0034] 重要的是，当在执行ToF测量的同时发射数据时，发射设备的参考信号(其被应用于解调从一个或多个感兴趣的对象反射的光信号的像素)，以与发射光脉冲的定时调整直接对应的方式被调整。因此，每次在发射光脉冲序列中调整两组连续的N个脉冲之间的延迟，以传送数据值时，对参考信号进行完全相同的调整。这在图4B中示出。其结果是，因为从感兴趣的对象反射的每个接收脉冲与在其对应的参考脉冲之间的相位/定时关系保持不变，所以对在发射光脉冲组之间的间距的这些调整对由执行ToF测量的像素执行的相关处理不可见(即，对其没有影响)。

[0035] 然而，单独的接收设备可以被配置为检测在连续组N个脉冲之间的延迟变化，并因此检测由发射的光脉冲序列承载的数据。应注意，这可以使用一个或多个PMD和与由发射设备使用的基本调制信号同步的接收参考信号来完成。例如，在接收设备中的时钟可以首先与从发射设备接收的一序列固定间隔的脉冲同步，并用于生成对应的周期接收参考信号与tp宽度的脉冲的产物(produce)。然后，使用一个或多个PMD将从发射设备接收的每组N个脉冲的定时与该接收参考信号进行比较。这是有效的相位测量，与常规地在ToF传感器中执行的相位测量类似，但具有仅延伸到N个脉冲的相关长度，从而针对每组N个脉冲产生一个相位测量。如果这利用在图4B中示出的发射脉冲来完成，则第一组N个脉冲将产生0度的相位测量，因为第一组N个脉冲将与来自发射设备的规则脉冲序列同步而与在接收设备中生成的接收参考信号对准。然而，第二组N个脉冲将导致180度的测量，因为这些脉冲将从接收的参考信号偏移一半的脉冲宽度tp。例如，与前一组180度的差可以解释为“0”或一些其他数据值。类似地，第三组N个脉冲将导致90度的测量，因为这些脉冲将从由接收设备使用的参考信号中偏移四分之一的脉冲宽度tp；此测量值和前一个测量值之间的差(270度)可以解释为第二数据值(例如“1”)。

[0036] 如在图4A和图4B中示出的示例方式中所见的，在每组N个脉冲的传输之后，除了相位延迟 或 之外，还存在tp的延迟。该延迟允许发射的脉冲从被照射的对象行进回传感器。例如，针对短程ToF，仅使用四相测量，tp可以简单地为T/2，其中T是调制信号的周期。然而，对于远程ToF，例如，在使用八个相位测量的情况下，tp可以被扩展，以便覆盖从相机到场景并返回的光的最大行进时间(飞行时间)。

[0037] 应理解，相位延迟 的引入延长了曝光时间。如果数据仅被叠加在发射脉冲的相对较小部分上，则这种影响可以非常小。此外，应理解，虽然整体曝光时间被延长，但因为所发射的脉冲之间的延迟被延长，所以发射的能量保持不变。

[0038] 在直接承接的上述方式中，接收设备对准固定间隔的脉冲序列，以便其可以检测由每组脉冲所传送的相位值。在不同的方式中，使用两组脉冲来传送每个相位值，其中第二组相对于第一组由已知相位移位(诸如90度)。利用这种方式，解调设备可以获得每个发射符号的两个样本(针对两组的每组一个样本)。利用这种方式，可以直接从两个样本计算指示在一对的成组脉冲和前一对的成组脉冲之间的延迟的相位值。

[0039] 在一些实施例中，如上文所指示的，在接收设备处的时钟可以与在发射设备处的对应时钟同步，以便可以生成接收参考信号。在将数据叠加到随后的脉冲上之前，通过使发射设备发射一系列不具有叠加调制的脉冲，可以促进生成接收参考信号，以便接收设备可以检测未经调制的脉冲序列的定时，并生成用于检测随后发射的数据的接收参考信号。用于将接收ToF测量设备同步到外部生成的光信号的示例技术在美国专利申请公开号US 2018/0259628A1中被描述，其全部内容通过引用并入本文。然而，应理解，可以使用用于将发射设备同步并生成用于检测发送数据的参考的其他技术。还应理解的是，尽管如上文所述的，接收设备可以使用PMD或其他像素传感器检测发射数据，但接收设备可以备选地使用各种光电探测器设备的任何一种来实行来自接收的光学信号的数据的检测。因此，虽然本文所描述的技术可以被用于从一个ToF测量设备发射到另一个ToF测量设备，而每个ToF测量设备使用各自相应的ToF传感器来实现各自相应的发射和接收功能，本文描述的技术还可用于从ToF测量发射到仅包括光学接收器的另一设备。

[0040] 鉴于上述技术，应理解，图5是示出在ToF测量装置中用于经由ToF测量脉冲来通信信息信号(可以是模拟或数字信号)的示例方法的处理流程图。如在框510处示出的，该方法包括发射由振幅调制光利用调制信号形成的一系列光脉冲的步骤，其中发射该系列光脉冲包括：通过发射一组N个脉冲的一系列光脉冲，将信息信号叠加在该系列光脉冲上，N个脉冲在固定间隔发射每组发射脉冲，以及响应于信息信号选择性地改变在连续组发射脉冲之间的时间间隔，使得在连续组发射脉冲之间产生的变化时间间隔指示信息信号的值。在一些实施例中，可以选择调制信号的频率f以提供所期望的明确测量范围。例如，在一些实施例中，f可以是约100MHz，以提供约1.5米的明确测量范围。在一些实施例中，N可以是相对较小的数(诸如2-10)，在其他实施例中，N可以是较大的数(例如10-100)，以便在接收设备中提供更大的信噪比。

[0041] 如在框520处示出的，该方法还包括控制一个或多个像素的步骤，该一个或多个像素被配置为使用从调制信号导出的脉冲参考信号解调所接收的光，以生成相应的像素信号值，一个或多个像素信号值的每个信号值指示从ToF测量设备到对象并返回到ToF测量设备的飞行时间。该控制包括以与连续组发射脉冲之间的时间间隔的变化相对应的方式改变连续组的参考信号脉冲之间的时间间隔；如上文所述的，这有效地使得在发射设备中的ToF传感器对在发射的光脉冲组之间的变化时间间隔不可见。应当理解的是，在框520中示出的该控制步骤基本上与在发射框510中示出的一系列光脉冲的步骤同时实行。

[0042] 在一些实施例中，在框510和框520中示出的步骤之前，发射一系列无信息信号叠加的固定间隔脉冲，以便为接收设备提供同步信号，使得接收设备可以调整接收参考信号，以用于检测随后发送的数据。在一些实施例中，可以不时重复发射一系列在其上没有叠加数据的脉冲的步骤，以使接收设备更新其同步。在图5中，这在框505处示出，其中该步骤利用虚线轮廓示出，以指示它不需要出现在所有实施例或所有实例中，因为例如，在一些实施例中，同步可以通过其他方式实现和/或从较早的传输中继承。

[0043] 在一些实施例中，信息信号是模拟信号，并且变化的间隔传送模拟信息信号的值。在其他实施例中，信息信号是数字信号，并且在发射的连续组脉冲之间的间隔被约束为预定的集合(或组)的变化的时间间隔。例如，该集合可以仅包括两个变化的时间间隔，使得利用每个变化而传送单个比特。在其他实施例中，该集合可以包括两个以上的变化间隔，使得每个变化传送超过一个比特的信息。在一些实施例中，在连续组的发射脉冲之间的变化时间间隔距离固定间隔的长度变化不超过固定间隔的长度。

[0044] 在一些实施例中，在发射的每组脉冲和紧邻的后一组脉冲之间的时间间隔指示信息信号的值，其中该值可以是模拟值或数字值。在其它实施例中，以N个脉冲的成对的组的方式发射脉冲，其中每对中的第二组N个脉冲相对于第一组N个脉冲被移位固定相位(诸如，90度)。如上文所述，后一种方式允许直接从每对N个脉冲组计算相位值，而不考虑在接收脉冲和参考时钟之间的对准。

[0045] 如上文所述的，另一ToF测量设备(诸如在手持电话中的相机)，可以接收信号并检测叠加在光脉冲上的数据。例如，这可以被用于检测其他相机的存在。在一些实施例中，每个ToF测量设备可以使用上文所述的技术来发射唯一ID。接收信号的其他ToF测量设备可以检测和标识其他相机。例如，这使得装备了此类ToF测量设备的智能电话能够检测到其他类似设备的智能电话。此信息可以用于确定在相同环境中使用了哪些设备，从而创建已部署设备的网络。在智能电话上的两个ToF相机的连接可以被用于配对设备(例如，用于通用蓝牙连接)。

[0046] 使用光电二极管作为接收器，发射的信号也可以通过电子电路来解码。

[0047] 图6示出了根据本公开的设备和系统的数个实施例的ToF测量设备600的示例。ToF测量设备600可以被用于检测对象(例如，如在目标场景602中示出的)，以及确定到所检测对象的距离。ToF测量装置600可以是连续波ToF系统(诸如，基于光子调制设备(PMD)的ToF系统)。根据本文描述的技术，ToF测量装置600还可以被配置为将信息信号叠加到发射光脉冲上，以用于由远程设备接收。

[0048] 、所示出的ToF测量设备600包括光源624，其被配置为利用调制信号对光束振幅调制，并朝向场景602发射经振幅调制光。振幅调制可以基于由参考信号生成器608生成参考信号。尽管可以使用其他调制频率，参考信号可以是例如在MHz范围中的射频(RF)信号。所发射的光可以包括具有变化的波长范围的光(诸如，太阳光和红外线)。发射的光从在场景中的一个或多个对象反射并返回到传感器604。

[0049] 所示出的ToF测量设备600还包括传感器604，该传感器604包括多个像素，多个像素被配置为响应于接收光614生成相应的多个像素信号值，其中每个像素被配置为通过使用参考信号622解调接收到的光来获得其相应的像素信号值。如在图6中所见的，接收光602可以从目标场景602反射。如上文所述的，虽然数种合适的像素配置都是可能的，但一种合适的像素设计是上述PMD。

[0050] 像素、行和列的数目可以随实施例的不同而变化，并且基于包括期望的分辨率、强度等因素来选择。在一个示例中，这些传感器特性是基于待检测的对象和到对象的预期距离来选择的。因此，例如，在传感器604中的像素的像素分辨率可以从一个实施例变化到另一个实施例。较小对象的探测需要更高的分辨率。例如，手指检测要求在约0.5米的距离或范围内每个像素的分辨率小于5mm。中等尺寸的对象，诸如手部探测要求在1.5米的范围内每个像素的分辨率小于20mm。更大尺寸的对象，诸如人体要求在大约2.5米处每个像素的分辨率小于60mm。应理解，上文示例仅用于说明的目的，并且可以发生变化(包括用于检测的其他对象、分辨率和距离)。一些合适的分辨率示例包括VGA–640x400像素、CIF–352x288像素、QQ-VGA–160x120像素等。

[0051] ToF测量设备600还包括参考信号生成器608，在一些实施例中，参考信号生成器608可以被配置为生成具有可选择相位的参考信号622，该参考信号622的生成相对于被应用于向目标场景602发射的光调制的信号相位，并且参考信号生成器608可以被配置为将参考信号622提供给在传感器604中的多个像素。图像处理系统600还包括模数转换器(ADC)电路606，其可以包括一个或多个ADC，模数转换器电路606可操作地耦合到在传感器604中的多个像素，ADC电路606将数字相位或距离测量提供给深度地图生成器610。应注意，在各种实施例中，深度图生成器610可以被配置为除了深度地图之外或代替深度地图而产生点云或深度数据的其他表示或组合。

[0052] 例如，所示出的ToF测量装置600还包括控制电路装置612，控制电路装置612可以包括处理器、控制器等和/或其他数字逻辑。在数个实施例中，控制电路装置612被配置为导致图像处理系统600实行与上文结合图5描述的类似的方法。因此，例如，控制电路装置612可以被配置为控制光源624以N个脉冲为一组地发射光脉冲(以固定间隔发射在每组发射脉冲中的N个脉冲)，并且响应于信息信号选择性地改变在连续组的发射脉冲之间的时间间隔，使得在连续组的发射脉冲之间产生的变化时间间隔指示信息信号。控制电路装置612还可以被配置为控制在传感器604中的一个或多个像素，以使用从调制信号导出的脉冲参考信号解调接收的光，以生成相应的像素信号值，其中一个或多个像素信号值的每个像素信号值都指示来自ToF测量设备到一个对象以及返回到ToF测量设备的飞行时间。控制电路装置612还可以被配置为控制参考信号生成器608以与在连续组的发射脉冲之间的时间间隔的变化相对应的方式来改变在连续组的参考信号脉冲之间的时间间隔，以便在连续组的发射脉冲之间的时间间隔的变化在利用传感器604执行的相位测量上没有影响。在各种实施例中，控制电路装置612可以被配置为结合图5所示出的方法来实行上述技术的任何变化。

[0053] 鉴于上文所述的详细讨论，应理解的是，本文描述的发明主题可以实现为使用标准编程和/或工程技术来产生软件、固件、硬件或其任何组合来控制计算机以实现本公开的主题。本文使用的术语“制造物”旨在涵盖可以从任何计算机可读设备、载体或介质访问的计算机程序。当然，本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的范围或精神的情况下，可以对该配置进行许多修改。

[0054] 特别是关于由上述部件或结构(组件、设备、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述此类部件的术语(包括对“器件”的引用)旨在对应于执行所述部件的指定功能的任何部件或结构(例如，在功能上等同的部件或结构)，即使在结构上不等同于本文示出的在本发明的示例性实现方式中执行功能的所公开结构。此外，虽然本发明的特定特征可以仅针对多个实现中的一个而被公开，但是该特征可以与其他实现的一个或多个其他特征相结合，这对于任何给定的或特定的应用来说可能是被期望的和有利的。此外，在详细说明书和权利要求书中使用了术语“包括”、“包括了”、“具有”、“具有了”、“有”、或其变型，此类术语旨在在类似于术语“包括”的方式中是包括性的。