CN107656284B

CN107656284B - 测距装置及测距方法

Info

Publication number: CN107656284B
Application number: CN201710880543.0A
Authority: CN
Inventors: 东尚清; 李碧洲
Original assignee: Epco Microelectronics Jiangsu Co ltd
Current assignee: Epco Microelectronics Jiangsu Co ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: CN107656284A

Abstract

本申请提供一种测距装置及测距方法。本申请中，所述测距装置包括：光源阵列、接收阵列以及处理模块；光源阵列为至少两个光源组成的阵列；至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号；接收阵列用于接收反射光信号，并将反射光信号转换为第一电信号，以及将入射光信号转换为第二电信号；反射光信号为入射光信号遇到待测物体后反射回来的光信号；处理模块用于对第一电信号与第二电信号进行处理，得到与至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照至少两个光源的分布方式对至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列，以及基于组合的深度数据阵列得到待测物体的三维深度信息。本申请的技术方案，可以提高测距的分辨率。

Description

测距装置及测距方法

技术领域

本申请涉及距离检测技术领域，特别涉及一种测距装置及测距方法。

背景技术

随着AR(Augmented Reality，增强现实)、VR(Virtual Reality，虚拟现实)技术逐渐实现在手机上，3D TOF(Time of flight，飞行时间)传感器作为核心芯片，逐渐像二维image sensor(图像传感器)一样成为手机的标配。

发明内容

本申请实施例提供一种测距装置及测距方法，可以提高测距的分辨率。

本申请部分实施例提供了一种测距装置，包括：光源阵列、接收阵列以及处理模块；

所述光源阵列为至少两个光源组成的阵列；所述至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号；

所述接收阵列用于接收反射光信号，并将所述反射光信号转换为第一电信号，以及将所述入射光信号转换为第二电信号；所述反射光信号为所述入射光信号遇到所述待测物体后反射回来的光信号；

所述处理模块，用于对所述第一电信号与所述第二电信号进行处理，得到与所述至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照所述至少两个光源的分布方式对所述至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列，以及基于所述组合的深度数据阵列得到所述待测物体的三维深度信息。

在一个实施例中，所述光源阵列为M×N的光源阵列；其中，M、N均为大于1的自然数。

在一个实施例中，所述光源阵列可为2×2的光源阵列。

在一个实施例中，所述N可等于1。

在一个实施例中，所述M可等于1。

在一个实施例中，所述至少两个光源中每个光源可为独立光源。

在一个实施例中，所述至少两个光源可围绕所述接收阵列设置。

在一个实施例中，所述光源阵列可为同一光源的不同发光区形成的阵列。

在一个实施例中，所述光源阵列可与所述接收阵列相邻。

本申请部分实施例还提供了一种测距方法，应用于测距装置，所述测距装置包括：光源阵列、接收阵列以及处理模块；所述测距方法，包括：

由所述至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号；

通过所述接收阵列接收反射光信号，并将所述反射光信号转换为第一电信号，以及将所述入射光信号转换为第二电信号；所述反射光信号为所述入射光信号遇到所述待测物体后反射回来的光信号；

通过所述处理模块对所述第一电信号与所述第二电信号进行处理，得到与所述至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照所述至少两个光源的分布方式对所述至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列，以及基于所述组合的深度数据阵列得到所述待测物体的三维深度信息。

本申请实施例所达到的主要技术效果是：通过将至少两个光源设置为光源阵列，并在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号，这样，不同光源发射入射光信号与接收阵列配合可以检测待测物体上不同的待测点。根据被不同待测点反射回来的反射光转换的对应的第一电信号以及对应的入射光信号转换的第二电信号可以得到至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，按照至少两个光源的分布方式对至少两个深度数据阵列进行组合，可以得到组合的深度数据阵列。基于组合的深度数据阵列可以得到待测物体的三维深度信息。由于不同光源发射入射光信号与接收阵列配合可以检测待测物体上不同的待测点，从而可以提高待测物体上待测点的数目，进而提高测距的分辨率。

附图说明

图1是本申请一示例性实施例示出的一种测距装置测距原理示意图；

图2是本申请一示例性实施例示出的一种光源阵列的结构示意图；

图3是本申请一示例性实施例示出的一种测距示意图；

图4是本申请一示例性实施例示出的一种组合的深度数据阵列的示意图；

图5是本申请一示例性实施例示出的一种测距方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施方式中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本申请的一些实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

相关技术中，测距装置包括发射端与接收端。发射端包括一个光源，用于向被测物体发射入射光信号，接收端包括接收阵列与处理模块。其中，接收阵列由多个感光元件构成。处理模块基于一个感光元件接收的反射光信号可以得到待测物体上的一个待测点到测距装置的距离信息，基于该距离信息可以得到待测物体上的待测点的深度信息。基于接收阵列接收的反射光信号可以得到待测物体上的多个(比如三万个)待测点到测距装置的距离信息，基于多个待测点到测距装置的距离信息可以得到待测物体的三维深度信息。但是，发射端只有一个光源用于发射入射光信号，在接收阵列中感光元件数目既定的情况下，测距装置的分辨率比较低。

基于此，本申请提供一种测距装置及测距方法，可以解决上述的技术问题，提高测距的分辨率。

请参阅图1，本申请的示例性实施例提供的测距装置1，包括：发射端11与接收端12。

请参阅图2，发射端11包括光源阵列111，所述光源阵列111为至少两个光源组成的阵列。具体地，光源阵列111可以为M×N的光源阵列；其中，M、N均为大于1的自然数。如图2所示，光源阵列111可以包括光源B11、B12、……、B1M、B21、B22、……、B2N、BM1、BM2……、BMN。M、N的值可以根据实际需要确定。

接收端12包括镜头13与测距芯片15，测距芯片15包括处理模块16以及接收阵列14。镜头13用于将光信号O2聚焦在接收阵列14上。接收阵列14由多个感光元件构成。处理模块16可以基于一个感光元件接收的光信号O2与发射端11发射的光信号O1得到待测物体2上的一个待测点到测距装置1的距离信息。基于接收阵列14接收的光信号可以得到待测物体上的多个待测点到测距装置1的距离信息。

在测距装置1工作时，上述的光源阵列111中的至少两个光源在不同的时间段内向待测物体2发射经调制的入射光信号O1，入射光信号O1在空气中传播，并在遇到待测物体2时被反射形成反射光信号O2。不同光源发射的入射光信号对应的反射光信号O2可以被接收阵列14接收，并转换为对应的第一电信号，接收阵列14还可以将入射光信号O1转换为第二电信号。处理模块16可以对不同光源对应的第一电信号与第二电信号进行处理，得到上述的至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照至少两个光源的分布方式对至少两个深度数据阵列进行组合，可以得到组合的深度数据阵列。处理模块16基于组合的深度数据阵列可以得到待测物体的三维深度信息。由于不同光源发射入射光信号与接收阵列配合可以检测待测物体上不同的待测点，从而可以提高待测物体上待测点的数目，进而提高测距的分辨率。

请参阅图3，在一个示例性实施例中，光源阵列111为2×2的光源阵列。该光源阵列111括光源B11、B12、B21以及B22。在测距装置1工作时，光源B11、B12、B21以及B22在不同是时间段内发射入射光信号O1。如图3所示，光源B11发射入射光信号O1与接收阵列14配合可以检测待测物体2上的待测点A1与A3，光源B12发射入射光信号O1与接收阵列14配合可以检测待测物体2上的待测点A2与A4，其中，A1、A2、A3、A4依次排列，且每两个相邻待测点之间的距离可以相同。待测点A1与A3发射回来的反射光O2均可以被接收阵列14中的子阵列C1与C2接收，待测点A2与A4发射回来的反射光O2也可以均被接收阵列14中的子阵列C1与C2接收。处理模块16可以基于待测点A1与A3发射回来的反射光O2与入射光信号O1得到的深度数据阵列为P，处理模块16还可以基于待测点A2与A4发射回来的反射光O2与入射光信号O1得到的深度数据阵列为Q。相似地，在光源B21、B22在不同是时间段内发射入射光信号O1后，处理模块16可以得到对应的深度数据阵列U、深度数据阵列V。处理模块16按照光源B11、B12、B21以及B22的分布方式对深度数据阵列P、Q、U、V进行组合，可以得到组合的深度数据阵列Z。

请参阅图4，组合的深度数据阵列Z由深度数据阵列P、Q、U、V的矩阵元按照光源B11、B12、B21以及B22的分布方式组合而来。其中，矩阵元41为深度数据阵列P的矩阵元，矩阵元42为深度数据阵列Q的矩阵元，矩阵元43为深度数据阵列U的矩阵元，矩阵元44为深度数据阵列V的矩阵元。基于组合的深度数据阵列Z可以得到待测物体2的三维深度信息。

如果发射端只有一个光源的话，测距装置1可能只能得到深度数据阵列P、Q、U、V中的一个。比如，如果得到深度数据阵列P，则测距装置1的分辨率是待测点A1与A3之间的距离。而本示例性实施例中，横向的分辨率是待测点A1与A2之间的距离，横向分辨率提高了一倍。相似地，本示例性实施例中，纵向的分辨率也提高了一倍。所以，本示例性实施例中，分辨率为原来的四倍，也就是分辨率提高了三倍。

综上所述，光源阵列111中光源的数目决定了测距分辨率提升的倍数。如果光源阵列111中光源的数目为F个，则测距的分辨率相对于发射端只有一个光源的测距分辨率可以提升(F-1)倍，也就是，发射端光源的数目为F个的测距分辨率为发射端只有一个光源的测距分辨率的F倍。

在一个示例性实施例中，N等于1。也就是，光源阵列为M个光源组成的一列光源阵列。这样，测距的纵向分辨率为发射端只有一个光源的测距分辨率的M倍。

在另一个示例性实施例中，M等于1。也就是，光源阵列为N个光源组成的一行光源阵列。这样，测距的横向分辨率为发射端只有一个光源的测距分辨率的N倍。

在一个示例性实施例中，光源阵列111中的每个光源可以为独立光源。例如，每个光源可以是独立的LED(发光二极管)或VCSEL(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，垂直腔面发射激光器)。在本示例性实施例中，光源阵列111中的光源可以围绕接收阵列设置。优选地，接收阵列的中心与所述光源阵列111的中心重合设置。这样，可以减小测距数据的偏差。

在另一个示例性实施例中，所述光源阵列111为同一光源的不同发光区形成的阵列。例如，将VCSEL的发光区分成若干发光区域，这些发光区域形成光源阵列111。这样，可以减小发射端所占的面积。在本示例性实施例中，光源阵列111可与所述接收阵列14相邻。

本申请的实施例，通过将至少两个光源设置为光源阵列，并在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号，这样，不同光源发射入射光信号与接收阵列配合可以检测待测物体上不同的待测点。根据被不同待测点反射回来的反射光转换的对应的第一电信号以及对应的入射光信号转换的第二电信号可以得到至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，按照至少两个光源的分布方式对至少两个深度数据阵列进行组合，可以得到组合的深度数据阵列。基于组合的深度数据阵列可以得到待测物体的三维深度信息。由于不同光源发射入射光信号与接收阵列配合可以检测待测物体上不同的待测点，从而可以提高待测物体上待测点的数目，进而提高测距的分辨率。

与前述测距装置的实施例相对应，本申请还提供了测距方法的实施例。

请参阅图5，本申请的示例性实施例提供了一种适于上述任一实施例的测距方法，包括如下步骤：

步骤501，由至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号。

步骤502，通过接收阵列接收反射光信号，并将反射光信号转换为第一电信号，以及将入射光信号转换为第二电信号；反射光信号为入射光信号遇到待测物体后反射回来的光信号。

需要说明的是，步骤501～步骤502中，同一光源发射入射光信号的过程中，对应的反射光信号被接收阵列接收。而不是在所有光源发射入射光信号后，接收阵列才接收反射光信号。

步骤503，通过处理模块对所述第一电信号与所述第二电信号进行处理，得到与所述至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列。

步骤504，通过处理模块按照所述至少两个光源的分布方式对所述至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列。

步骤505，通过处理模块基于组合的深度数据阵列得到待测物体的三维深度信息。

在本申请中，所述装置实施例与方法实施例在不冲突的情况下，可以互为补充。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种测距装置，采用TOF测距原理，其特征在于，包括：光源阵列、接收阵列以及处理模块；

所述光源阵列为至少两个光源组成的阵列；所述至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号；所述入射光信号能够在所述待测物体上的至少两处发生反射形成反射光信号；

所述接收阵列用于接收不同的光源发射的入射光信号对应的反射光信号，并将所述反射光信号转换为对应的第一电信号，以及将所述入射光信号转换为对应的第二电信号；所述反射光信号为所述入射光信号遇到所述待测物体后反射回来的光信号；所述接收阵列包括至少两个子阵列；

所述处理模块，用于对不同的光源对应的第一电信号与第二电信号进行处理，得到与所述至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照所述至少两个光源的分布方式对所述至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列，以及基于所述组合的深度数据阵列得到所述待测物体的三维深度信息。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光源阵列为M×N的光源阵列；其中，M、N均为大于等于1的自然数，且M、N不同时等于1。

3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述光源阵列为2×2的光源阵列。

4.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述N等于1。

5.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述M等于1。

6.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述至少两个光源中每个光源为独立光源。

7.根据权利要求6所述的测距装置，其特征在于，所述至少两个光源围绕所述接收阵列设置。

8.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光源阵列为同一光源的不同发光区形成的阵列。

9.根据权利要求8所述的测距装置，其特征在于，所述光源阵列与所述接收阵列相邻。

10.一种测距方法，其特征在于，应用于采用TOF测距原理的测距装置，所述测距装置包括：光源阵列、接收阵列以及处理模块；所述测距方法，包括：

所述光源阵列为至少两个光源组成的阵列；由所述至少两个光源在不同的时间段内向待测物体发射入射光信号；所述入射光信号能够在所述待测物体上的至少两处发生反射形成反射光信号；

通过所述接收阵列接收不同的光源发射的入射光信号对应的反射光信号，并将所述反射光信号转换为对应的第一电信号，以及将所述入射光信号转换为对应的第二电信号；所述反射光信号为所述入射光信号遇到所述待测物体后反射回来的光信号；所述接收阵列包括至少两个子阵列；

通过所述处理模块对不同光源对应的第一电信号与第二电信号进行处理，得到与所述至少两个光源对应的至少两个深度数据阵列，并按照所述至少两个光源的分布方式对所述至少两个深度数据阵列进行组合，得到组合的深度数据阵列，以及基于所述组合的深度数据阵列得到所述待测物体的三维深度信息。