CN108663682A

CN108663682A - 障碍物测距系统及具有其的车辆和tof测距方法

Info

Publication number: CN108663682A
Application number: CN201710191763.2A
Authority: CN
Inventors: 杨倩倩
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2018-10-16

Abstract

本发明公开了一种障碍物测距系统，该障碍物测距系统包括TOF测距装置和调节装置，其中，TOF测距装置包括激光光源、感应模块和控制模块，激光光源，用于发射经调制的激光；感应模块，用于感应可探测障碍物反射的激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差；控制模块，用于根据预设调制频率对发射激光进行调制，并根据相位差或时间差计算可探测障碍物的距离；调节装置包括设置模块，设置模块用于根据最大期望探测距离生成预设调制频率。本发明的障碍物测距系统，可以提高远距离测距的精度。本发明还公开包括该障碍物测距系统的车辆和TOF测距方法。

Description

障碍物测距系统及具有其的车辆和TOF测距方法

技术领域

本发明属于车辆技术领域，尤其涉及一种障碍物测距系统，以及具有该障碍物测距系统的车辆以及TOF(Time of Flight，飞行时间)测距方法。

背景技术

双目立体视觉测距是利用两个摄像机同时拍摄的左右图像对进行立体匹配，根据立体匹配得出的视差图算出目标物体的距离。相机的标定和左右图像对的匹配是该测距方案的关键。

如图1所示，该测距方案采用的是平行的双目视觉模型，左右两个相机C_l和C_r的光心距离为B，且放置在一个平面上。点P为需要测试的目标，p_l和p_r是点P在左右图像上的成像点。假设左右相机的像平面位于同一平面上，且两幅图像是行对准的，则根据图1利用相似三角形原理可以计算出目标点P与摄像机之间的距离Z的值满足：

其中，x_l-x_r定义为视差值。由上述公式(1)可以看出，视差值与深度Z成反比的关系。当视差值越接近于0时，视差的微小变化会导致较大的深度变化，因此，当测量的目标与摄像机的距离较近时，系统测量的深度信息较精确，但是，随着距离的变远，测量精度下降。所以，上述方案更加适用于做近距离的测距，对于较远距离的测距还需进一步改善。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明需要提出一种障碍物测距系统，该障碍物测距系统，可以提高远距离测距的精度。

本发明还提出一种具有该障碍物测距系统的车辆以及TOF测距方法。

为了解决上述问题，本发明提出的障碍物测距系统包括：TOF测距装置，所述TOF测距装置包括：激光光源，用于发射经调制的激光；感应模块，用于感应可探测障碍物的反射激光，并计算发射激光与所述反射激光的相位差或时间差；控制模块，用于根据预设调制频率对所述发射激光进行调制，并根据所述相位差或所述时间差计算所述可探测障碍物的距离；调节装置，所述调节装置包括设置模块，所述设置模块用于根据最大期望探测距离生成所述预设调制频率。

本发明实施例的障碍物测距系统，采用激光光源提供主动探测光，改变了发射光的调制频率，可以获得更大的探测范围，提高远距离测距的精度，可以获得更大的深度信息。

为了解决上述问题，本发明另一方面提出的车辆包括上述方面的障碍物测距系统。

本发明的车辆，通过采用上述的障碍物测距系统，可以提高远距离测距的精度，在驾驶员需要了解障碍物距离的驾驶方面例如倒车、高速行驶、路况复杂等情况，提供辅助信息，驾驶更加安全。

为了解决上述问题，本发明再一方面提出的TOF测距方法，包括：根据预设调制频率对激光进行调制，并发射经调制的激光，其中，所述预设调制频率根据最大期望探测距离设置；感应可探测障碍物反射的激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差；以及，根据所述相位差或所述时间差计算所述可探测障碍物的距离。

本发明实施例的TOF测距方法，采用激光提供主动探测光，改变了发射光的调制频率，可以获得更大的探测范围，提高远距离测距的精度，可以获得更大的深度信息。

附图说明

图1是相关技术中一种双目立体视觉测距方法的原理图；

图2是根据相关技术的一种TOF测距原理示意图；

图3是根据本发明实施例的障碍物测距系统的框图；

图4是根据本发明的一个实施例的障碍物测距系统的示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的障碍物测距系统的框图；

图6是根据本发明实施例的车辆的框图；

图7是根据本发明实施例的TOF测距方法的流程图；

图8是根据本发明的一个实施例的TOF测距方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的障碍物测距系统是基于TOF技术做出的改进。其中，TOF是飞行时间技术的缩写，即传感器发出经调制的光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外，再结合传统的相机拍摄，即能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。TOF技术采用主动光探测方式，与一般光照需求不一样的是，TOF照射单元的作用并不是照明，而是利用入射光信号与反射光信号的变化来进行距离测量，所以，TOF的照射单元都是对光进行高频调制之后再进行发射，如图2所示为相关技术中的一种TOF测距原理示意图，其中，该系统包括计时器、发射器和检测器，其中，采用LED发射脉冲光来探测目标。具体地，发射器发射调制后的红外光至探测目标，探测目标反射部分红外光，检测器检测到反射的红外光，并且计时器记录发射和接收的时间差，继而，根据发射和接收红外光的相位差或时间差来计算探测目标的距离。

但是，由于各方面原因例如红外光易衰减、受干扰等，上述系统测距的范围也是比较有限，不适用于较远距离的测量，因而，本申请提出一种障碍物测距系统。

如图3所示，为根据本发明实施例的障碍物测距系统的框图，该测距系统100包括TOF测距装置10和调节装置20。其中，TOF测距装置10类似于采用TOF技术的相机，该TOF测距装置10包括激光光源11、感应模块12和控制模块13。调节装置20包括设置模块21。

激光光源11用于发射经调制的激光至可探测障碍物，即提供主动光照明，该发射光是经过系统调制后的光，可探测障碍物吸收一部分激光，有一部分激光被反射。需要说明的是，激光的准直性好、能量高，采用激光光源11相较于相同数量的LED灯，可探测范围更大，更加适用于远距离的探测。

感应模块12用于感应可探测障碍物的反射激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差。类似于现有的TOF测距技术，正是基于发射光与反射光的相位差或时间差来实现距离测量的。

控制模块13用于根据预设调制频率对发射激光进行调制，进而被调制后的激光发射出去，其中，预设调制频率通过设置模块21根据最大期望探测距离生成。需要说明的是，调制频率与距离存在对应关系，对于预设调制频率，用户可以根据期望的距离通过设置模块21进行设定，即可以改变调制频率，并且，不同于LED等的调制频率，采用激光光源11改变了发射光的调制频率。而对于最大期望探测距离，可以基于激光光源11的可探测距离以及具体情况进行选择，正如前所述，采用激光光源11，相较于LED灯可探测距离增加，因而用户可以选择更大的期望探测距离，即言，既可以满足近距离的探测又可以满足远距离探测，基于本发明实施例的障碍物测距系统100，最大可以获得60米的深度信息，远远大于目前的测试深度15米。

继而，控制模块13根据相位差或时间差计算可探测障碍物的距离。具体地，控制模块13根据采集的发射激光与反射激光的相位差或时间差进行计算，获得可探测障碍物的距离，具体计算过程，可以参照相关技术中的记载，在这里不再赘述。

本发明实施例的障碍物测距系统100，采用激光光源11提供主动探测光，改变了发射光的调制频率，可以获得更大的探测范围，提高远距离测距的精度，可以获得更大的深度信息。

具体来说，如图4所示，感应模块12包括镜头121和感应芯片122。镜头121用于汇集可探测障碍物的反射激光；感应芯片122，例如epc660芯片，用于感测反射激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差。感应模块12还包括载体123，载体123用于承载感应芯片122和镜头121。载体123固定于承接板124上，承接板124连接供电电源01例如24VDC，为用电元件例如激光光源11、控制板02、感应芯片122进行供电，控制模块13集成在控制板02上。

如图4所示，TOF测距装置10还包括保护模块14，保护模块14用于保护激光光源11、感应模块12和控制模块13。例如，保护模块14相当于外框保护装置，将TOF测距装置10的主要元部件容纳在其内部，起到保护作用，可以理解的是，对于激光光源11和镜头121需要通过通孔发射和接收光线。

控制模块13在获得可探测障碍物的距离即可探测障碍物到镜头的距离之后，可以根据可探测障碍物的距离生成距离-颜色图像，即基于不同的距离以不同的颜色表示，从而生成彩色距离图示。如图4所示，障碍物测距系统100还包括显示装置30，显示装置30可以显示该距离-颜色图像。具体地，显示装置30与控制模块13相连，例如两者通过USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)连接，可以通过TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)的连接发送和接收来自控制模块13的数据并显示出来。如果车辆上采用该障碍物测距系统100，驾驶员可以根据提供的距离信息进行辅助驾驶，更加安全。

参照图5所示，调节装置20还包括校正模块22，校正模块22用于根据对应预设调制频率的距离校正值对可探测障碍物的距离进行校正。其中，距离校正值是在启用本障碍物测距系统100之前进行检测和设定，相当于是启用前的校准。可以理解的是，探测的距离值往往与实际测量值有偏差，为了获得更加精准的探测距离，在启用障碍物测距系统100之前，对于不同的调制频率即不同的探测距离获得探测距离值与实际测量值的偏差，将该偏差作为对应预设调制频率的距离校正值，在进行距离探测时，在该预设调制频率下，根据对应的距离校正值对探测值进行校正以获得最终的可探测障碍物的距离，提高精确度。

进一步地，为了提高显示装置30显示图像的效果，参照图5所示，调节装置20还包括选择模块23，选择模块23用于根据用户选择指令确定显示的距离范围，例如用户根据感兴趣的区域选择最大和最小的探测距离，显示装置30根据显示距离范围显示距离-颜色图像，更加有针对性，满足用户需求。

用户还可以根据距离-颜色图像的显示感受，对图像状态进行调整。参照图5所示，障碍物测距系统100还包括检测装置40，检测装置40用于检测环境光线亮度；调节装置20还包括调节模块24，调节模块24用于根据环境光线亮度和距离-颜色图像的状态调节感应模块12的感应幅度或积分时间，以使得距离-颜色图像显示效果更佳。

在本发明的一些实施例中，具体的校正过程包括：开启TOF测距装置10，TOF测距装置10开始采集当前探测距离下的原始图像，选取采集距离信息的图像模式，通常包括灰白模式或者距离颜色模式，当然，在本发明中采用距离颜色模式，用户根据目标区域，即实际探测障碍物到TOF测距装置10即相机的距离，通过设置模块21选择合适的激光光源11的调制频率，调制频率与探测距离满足：f＝c/2D，其中，f为调制频率，D为实际探测距离，c为光速。用户根据感兴趣的区域通过选择模块23选择最大和最小的探测距离。如果需要凸显更多的细节，通过调节模块24降低感应模块12的最低幅度，反之，提高感应模块12的最低幅度；当采集的图像画面较暗时，增加感应模块12的3D积分时间，反之，减小感应模块12的3D积分时间。调节装置20可以选择显示像素点的详细信息，探测到每个像素的距离例如设为d，将探测的距离d与实际测量距离D进行比较，它们之间的差距D-d为探测的偏移值，设置D-d为对应该调制频率的距离校正值，如果探测的目标距离发生变化，尤其是距离增加时，可以根据前面的调制频率与探测距离满足的公式调节激光光源11的调制频率，如此，获得每个距离/调制频率对应的距离校正值，以便在启用障碍物测距系统100进行测距时，根据距离校正值对探测值进行校正，测距更加精确。

总的来说，本发明实施例的障碍物测距系统100，采用准直性好、能量高的激光光源代替普通的LED灯，改变了发射光的调制频率，可以获得每个像素点的距离值，可探测距离增加，最大可以获得60米的深度信息，远远大于目前的测试深度15米，更加适用于较远距离的探测。

图6是根据本发明实施例的车辆的框图，如图6所示，该车辆1000包括上述方面实施例的障碍物测距系统100，通过采用该障碍物测距系统100，可以提高远距离测距的精度，在驾驶员需要了解障碍物距离的驾驶方面例如倒车、高速行驶、路况复杂等情况，提供辅助信息，驾驶更加安全。

下面参照附图描述根据本发明另一方面实施例提出的TOF测距方法。

图7是根据本发明实施例的TOF测距方法的流程图，如图7所示，该TOF测距方法包括：

S1，根据预设调制频率对激光进行调制，并发射经调制的激光至可探测障碍物，其中，预设调制频率根据最大期望探测距离设置。

需要说明的是，激光的准直性好、能量高，采用激光光源11相较于相同数量的LED灯，可探测范围更大，更加适用于远距离的探测。

其中，对于最大期望探测距离，可以基于激光光源的可探测距离以及具体情况进行选择，正如前所述，采用激光光源，相较于LED灯可探测距离增加，因而用户可以选择更大的期望探测距离，即言，既可以满足近距离的探测又可以满足远距离探测，最大可以获得60米的深度信息，远远大于目前的测试深度15米。

S2，感应可探测障碍物的反射激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差。

S3，根据相位差或时间差计算可探测障碍物的距离。

继而，根据可探测障碍物的距离生成距离-颜色图像，并显示距离-颜色图像，即基于不同的距离以不同的颜色表示，从而生成彩色距离图示。对于采用该测距方法的车辆，在驾驶员需要了解障碍物距离的驾驶方面例如倒车、高速行驶、路况复杂等情况，可以提供辅助信息，驾驶更加安全

可以理解的是，探测的距离值往往与实际测量值有偏差，为了获得更加精准的探测距离，在本发明的一些实施例中，根据对应预设调制频率的距离校正值对可探测障碍物的距离进行校正。其中，距离校正值是在启用本障碍物测距系统之前进行检测和设定，相当于是启用前的校准。

进一步地，为了提高显示装置显示图像的效果，可以根据用户选择指令确定显示的距离范围，根据距离范围显示距离-颜色图像，更加有针对性，满足用户需求。

用户还可以根据距离-颜色图像的显示感受，对图像状态进行调整。具体地，检测环境光线亮度；根据环境光线亮度和距离-颜色图像的状态调节TOF测距装置对反射激光的感应幅度或成像的积分时间，以使得距离-颜色图像显示效果更佳。

图8是根据本发明的一个实施例的获得距离校正值过程的流程图，如图8所示，包括：

S100，读入初始图像。在开启之后，TOF测距装置开始采集当前探测距离下的原始图像。

S110，选取采集距离信息的图像模式。通常包括灰白模式或者距离颜色模式，当然，在本发明中采用距离颜色模式。

S120，设置激光光源的调制频率。用户根据目标区域，即实际探测障碍物到TOF测距装置即相机的距离，选择合适的激光光源的调制频率，调制频率与探测距离满足：f＝c/2D，其中，f为调制频率，D为实际探测距离，c为光速。

S130，设置显示的最小和最大距离。用户根据感兴趣的区域选择最大和最小的探测距离。

S140，调节感应芯片的感应幅度和3D积分时间。

具体地，根据环境光线亮度和距离-颜色图像的状态调节TOF测距装置对反射激光的感应幅度或成像的积分时间。如果需要凸显更多的细节，降低感应芯片的最低幅度，反之，如果需要过滤更多噪音，提高感应芯片的最低幅度；当采集的图像画面较暗时，增加感应芯片的3D积分时间，反之，如果画面过爆，减小感应芯片的3D积分时间。

S150，显示像素点的详细信息。

S160，设置该调制频率的距离校正值D-d。

S170，判断是否更改测试距离。如果更改，则返回步骤S120，否则进入步骤S180。

S180，判断是否校正结束，如果结束，则结束，否则，改变测试距离之后，返回步骤S100。

总而言之，本发明实施例的TOF障碍物测距方法，采用准直性好、能量高的激光提供发射光，改变了发射光的调制频率，可以获得每个像素点的距离值，可探测距离增加，最大可以获得60米的深度信息，远远大于目前的测试深度15米，更加适用于较远距离的探测。

需要说明的是，在本说明书的描述中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种障碍物测距系统，其特征在于，包括：

TOF测距装置，所述TOF测距装置包括：

激光光源，用于发射经调制的激光；

感应模块，用于感应可探测障碍物反射的激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差；

控制模块，用于根据预设调制频率对所述发射激光进行调制，并根据所述相位差或所述时间差计算所述可探测障碍物的距离；

调节装置，所述调节装置包括设置模块，所述设置模块用于根据最大期望探测距离生成所述预设调制频率。

2.如权利要求1所述的障碍物测距系统，其特征在于，所述调节装置还包括：

校正模块，用于根据对应所述预设调制频率的距离校正值对所述可探测障碍物的距离进行校正。

3.如权利要求1所述的障碍物测距系统，其特征在于，所述障碍物测距系统还包括；

显示装置，所述控制模块根据所述可探测障碍物的距离生成距离-颜色图像，所述显示装置用于显示所述距离-颜色图像。

4.如权利要求3所述的障碍物测距系统，其特征在于，所述调节装置还包括：

选择模块，用于根据用户选择指令确定显示的距离范围，所述显示装置根据所述显示距离范围显示所述距离-颜色图像。

5.如权利要求4所述的障碍物测距系统，其特征在于，所述障碍物测距系统还包括：

检测装置，用于检测环境光线亮度；

所述调节装置还包括调节模块，所述调节模块用于根据所述环境光线亮度和所述距离-颜色图像的状态调节所述感应模块的感应幅度或积分时间。

6.如权利要求1所述的障碍物测距系统，其特征在于，所述感应模块包括：

镜头，用于汇集所述可探测障碍物的反射激光；

感应芯片，用于感测所述反射激光，并计算所述发射激光与所述反射激光的相位差或时间差。

7.一种车辆，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的障碍物测距系统。

8.一种TOF测距方法，其特征在于，包括：

根据预设调制频率对激光进行调制，并发射经调制的激光，其中，所述预设调制频率根据最大期望探测距离设置；

感应可探测障碍物反射的激光，并计算发射激光与反射激光的相位差或时间差；以及根据所述相位差或所述时间差计算所述可探测障碍物的距离。

9.如权利要求8所述的TOF测距方法，其特征在于，还包括：

根据对应所述预设调制频率的距离校正值对所述可探测障碍物的距离进行校正。

10.如权利要求8所述的TOF测距方法，其特征在于，还包括：

根据所述可探测障碍物的距离生成距离-颜色图像，并显示所述距离-颜色图像。

11.如权利要求10所述的TOF测距方法，其特征在于，还包括：

根据用户选择指令确定显示的距离范围；以及

根据所述距离范围显示所述距离-颜色图像。

12.如权利要求11所述的TOF测距方法，其特征在于，还包括：

检测环境光线亮度；以及

根据所述环境光线亮度和所述距离-颜色图像的状态调节TOF测距装置对所述反射激光的感应幅度或成像的积分时间。