CN108983249B - 飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机 - Google Patents

飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机，所述测距系统包括：光源调制模块，光源调制模块包括多个调制波输出端口，用于输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口；多个调制光源，分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，用于对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；信号处理模块，用于根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该系统通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高。

Description

飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机
技术领域
本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种飞行时间测距系统、一种测距传感器、一种相机和一种飞行时间测距方法。
背景技术
TOF(Time of Flight，飞行时间)传感器的原理是传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射与反射之间的时间差或者相位差来获得物体的距离，以产生深度信息，获得3D图像。TOF传感器的感测能力可应用于防撞系统、汽车自动驾驶系统、手势识别及接近检测等，在计算机、家用电器、消费电子、工业自动化以及服务机器人等领域潜力巨大。
目前，TOF测距主要是基于光线发射与反射之间的相位差实现，但是相位每2π就会重叠，这就意味着测量距离会混叠，发生混叠的测量距离称之为damb(也就是最大有效测量距离)，damb＝c/(2f)，其中，c为光速，f为调制波信号的频率。而如果希望扩展可测量的距离，则可以降低调制波信号的频率f，以增加非混叠的范围，从而增加可测量的距离。但是，由于调制波信号的频率越小，测量距离的精度就会越小，所以这样做会牺牲距离测量的精度。
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，本发明的第一个目的在于提出一种飞行时间测距系统，通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
本发明的第二个目的在于提出一种测距传感器。
本发明的第三个目的在于提出一种相机。
本发明的第四个目的在于提出一种飞行时间测距方法。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种飞行时间测距系统，包括：光源调制模块，所述光源调制模块包括多个调制波输出端口，所述光源调制模块用于输出不同频率的多个调制波信号至所述多个调制波输出端口；多个调制光源，所述多个调制光源与所述多个调制波输出端口对应相连，所述多个调制光源分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，所述光源解调模块用于对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述信号处理模块用于根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。
根据本发明实施例的飞行时间测距系统，通过光源调制模块输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口，并通过多个调制光源分别对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体。然后，通过光源解调模块对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后通过信号处理模块根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该系统通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
根据本发明的一个实施例，所述光源解调模块为多个滤波片，所述多个滤波片中的每个滤波片所能通过的信号的频率不同且与所述红外发射信号的频率相对应。
根据本发明的一个实施例，所述信号处理模块根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离时，其中，所述信号处理模块先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。
根据本发明的一个实施例，所述信号处理模块包括多个信号处理子模块，其中，每个信号处理子模块包括：光电转换单元，所述光电转换单元分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述光电转换单元用于将相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值转换为模拟电压信号；模数转换单元，所述模数转换单元与所述光电转换单元相连，所述模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字信号；计算单元，所述计算单元与所述模数转换单元相连，所述计算单元用于根据所述数字信号计算该频率下的所有距离值。
根据本发明的一个实施例，所述光电转换单元包括：光敏二极管，所述光敏二极管的阳极接地；选择开关，所述选择开关的固定端与所述光敏二极管的阴极相连；第一电容，所述第一电容的一端通过第一复位开关与预设电源相连，所述第一电容的一端还通过第一电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第一电容的另一端接所述地；第二电容，所述第二电容的一端通过第二复位开关与所述预设电源相连，所述第二电容的一端还通过第二电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第二电容的另一端接所述地，其中，所述选择开关的选择端还与所述第一电容的一端或者所述第二电容的一端相连。
根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算获得不同频率下的所有距离值：
Figure BDA0001312036030000031
其中，d为所述距离值，c为光速，f为所述红外发射信号的频率，Q1为所述第一电容的电荷量，Q2为所述第二电容的电荷量，且Q1和Q2与所述红外发射信号与所述红外反射信号之间的相位差值相关。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种测距传感器，其包括上述的飞行时间测距系统。
本发明实施例的测距传感器，通过上述的飞行时间测距系统，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种相机，其包括上述的测距传感器。
本发明实施例的相机，通过上述的测距传感器，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
为实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种飞行时间测距方法，包括以下步骤：输出不同频率的多个调制波信号；对所述多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。
根据本发明实施例的飞行时间测距方法，首先输出不同频率的多个调制波信号，并对多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体，然后，对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该方法通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离，包括：先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。
附图说明
图1是根据本发明实施例的飞行时间测距系统的方框示意图；
图2是根据本发明一个实施例的飞行时间测距系统的方框示意图；
图3是根据本发明一个实施例的光电转换单元的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的光电转换单元的工作原理图；
图5是根据本发明一个实施例的相机中飞行时间测距系统的方框示意图；
图6是根据本发明一个实施例的像素阵列表面的滤波片的布置示意图；
图7是根据本发明实施例的飞行时间测距方法的流程图。
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。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的飞行时间测距系统、测距传感器、相机和飞行时间测距方法。
图1是根据本发明实施例的飞行时间测距系统的方框示意图。如图1所示，本发明实施例的飞行时间测距系统可包括：光源调制模块10、多个调制光源20、光源解调模块30和信号处理模块40。
其中，光源调制模块10包括多个调制波输出端口，光源调制模块10用于输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口。多个调制光源20(如第一调制光源21、第二调制光源22)与多个调制波输出端口对应相连，多个调制光源20分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体。光源解调模块30用于对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号。信号处理模块40分别与光源调制模块10和光源解调模块30相连，信号处理模块40用于根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。
根据本发明的一个实施例，信号处理模块40根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离时，其中，信号处理模块40先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得被测物体的距离。
具体地，为了扩展测量距离同时又不影响测量精度，可以采用两个或者两个以上频率的调制波信号来混频，以在不降低调制波信号频率的同时实现测量距离的扩展。下面以两个不同频率的调制波信号为例来进行说明。
如图1所示，在进行距离测量时，光源调制模块10输出频率为f1的调制波信号(如脉冲调制波信号或者连续调制波信号)至第一调制光源21(如固态激光管或者发光二极管)，同时输出频率为f2(f1≠f2)的调制波信号至第二调制光源22。然后，第一调制光源21将频率为f1的调制波信号转换为频率、幅值和相位均与调制波信号相同的第一红外发射信号并输出，同时第二调制光源22将频率为f2的调制波信号转换为频率、幅值和相位均与调制波信号相同的第二红外发射信号并输出。
当频率为f1的第一红外发射信号和频率为f2的第二红外发射信号遇到被测物体时，将发生反射，反射后的信号通过光源解调模块30后分离，即光源解调模块30将反射的不同频率的信号分解出来，以获得频率为f1的第一红外反射信号和频率为f2的第二红外反射信号。在本发明的一个实施例中，光源解调模块30可以为多个滤波片，多个滤波片中的每个滤波片所能通过的信号的频率不同且与红外发射信号的频率相对应。例如，在该示例中，光源解调模块30可以为两个滤波片，其中一个滤波片可以通过频率为f1的信号，另一个滤波片可以通过频率为f2的信号，以实现信号的分解。
然后，信号处理模块40根据频率为f1的第一红外发射信号与频率为f1的第一红外反射信号之间的相位差值获取通过频率为f1的调制波信号所能测量到的所有距离值{d11、d12、d13、…}，同时，信号处理模块40根据频率为f2的第二红外发射信号与频率为f2的第二红外反射信号之间的相位差值获取通过频率为f2的调制波信号所能测量到的所有距离值{d21、d22、d23、…}。其中，需要说明的是，通过相位差值能够获得不同的距离值的原因在于：假设第一红外发射信号的光强为I1＝Asin(ωt+φ1)，第一红外反射信号的光强I1'＝Asin(ωt+φ1-ωtD)，其中，tD为第一红外发射信号与第一红外反射信号之间的时间差值，Δφ＝ωtD为第一红外发射信号与第一红外反射信号之间的相位差值。由于被测物体的距离值
Figure BDA0001312036030000051
其中，c为光速，则将
Figure BDA0001312036030000052
带入该公式并进行转换，可得距离值
Figure BDA0001312036030000053
其中，N为正整数，Δφ1为相位差值Δφ中不足2π的部分，该部分对应的距离值可以足够小，虽然该部分对应的距离值不是被测物体的距离，但是该部分可以起到提高距离测量精度的效果。也就是说，第一红外反射信号可能在2π的相位差值处获得，也可能在4π的相位差值处获得，还可能在2π+Δφ1(如Δφ1＝π)的相位差值或者4π+Δφ1等处获得，由于获得的第一红外反射信号的位置不同，即第一红外发射信号与第一红外反射信号之间的相位差值不同，所以最终将获得多个不同的距离值{d11、d12、d13、…}。同样的，根据第二红外发射信号与第二红外反射信号之间的相位差值也可以获得多个不同的距离值{d21、d22、d23、…}。
最后，获取频率为f1的调制波信号所能测量到的所有距离值{d11、d12、d13、…}和频率为f2的调制波信号所能测量到的所有距离值{d21、d22、d23、…}中的相同距离值，假设d12＝d22，则确定被测物体的距离为d12。也就是说，每个频率的调制波信号在进行测量时可以获得不同的不确定的距离，而真实距离就是多个不同频率的调制波信号共同测量所得到的值。
例如，假设被测物体距离飞行时间测距系统为13m，当采用频率f1为25MHz的调制波信号进行测量(最大有效测量距离为6m)时，得到的距离值可能是1m、7m、13m、19m等，当采用频率f2为18.25MHz的调制波信号进行测量(最大有效测量距离为8m)时，得到的距离值可能是5m、13m、21m等，从而确定被测物体的距离为13m。与采用单一频率的调制波信号相比，例如，采用频率为25MHz的调制波信号进行测量时，仅能测量6m的距离，采用频率为18.25MHz的调制波信号进行测量时，仅能测量8m的距离，而当同时使用频率为25MHz和频率为18.25MHz的调制波信号进行测量时，其测量距离为13m。由此可以看出，通过不同频率的调制波信号的混频，可以在不降低测量精度的同时实现测量距离的扩展，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度，也就是说，在本发明的实施例中，可以先通过频率f1的调制波信号进行测量，然后再通过频率为f2的调制波信号进行测量，最后根据前后两次测量的结果确定真实距离，但是这种方式相对于同时测量，其速度会减小一倍，因此在本发明中，优选同时通过不同频率的调制波信号进行测量，以保证较高的测量速度。
其中，需要说明的是，最终获得的距离值所对应的频率是多个频率的最大公约数。即最终的距离值＝c/(2*fe)，其中，fe为多个频率的最大公约数。
因此，根据本发明实施例的飞行时间测距系统，可通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
为使本领域技术人员更清楚的了解本发明，下面来详细描述如何根据红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值来获得距离值。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，信号处理模块40包括多个信号处理子模块，其中，每个信号处理子模块包括：光电转换单元411、模数转换单元412和计算单元413。光电转换单元411分别与光源调制模块10和光源解调模块30相连，光电转换单元411用于将相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值转换为模拟电压信号；模数转换单元412与光电转换单元411相连，模数转换单元412用于将模拟电压信号转换为数字信号；计算单元413与模数转换单元412相连，计算单元413用于根据数字信号计算该频率下的所有距离值。
进一步地，根据本发明的一个实施例，如图3所示，光电转换单元411包括：光敏二极管D1、选择开关SW、第一电容C1、第二电容C2、第一复位开关RST1、第一电压读取开关ROWEN1、第二复位开关RST2和第二电压读取开关ROWEN2。其中，光敏二极管D1的阳极接地，选择开关SW的固定端与光敏二极管D1的阴极相连。第一电容C1的一端通过第一复位开关RST1与预设电源VCC相连，第一电容C1的一端还通过第一电压读取开关ROWEN1与模数转换单元412相连，第一电容C1的另一端接地。第二电容C2的一端通过第二复位开关RST2与预设电源VCC相连，第二电容C2的一端还通过第二电压读取开关ROWEN2与模数转换单元412相连，第二电容C2的另一端接地，选择开关SW的选择端还与第一电容C1的一端或者第二电容C2的一端相连。
具体而言，如图3所示，该光电转换单元411的工作过程可包括四个阶段。
阶段1(复位阶段)：通过控制第一复位开关RST1处于闭合状态以给第一电容C1进行充电，直至达到预定值时，断开第一复位开关RST1以停止充电，同时控制第二复位开关RST2处于闭合状态以给第二电容C2充电，直至达到预定值时，断开第二复位开关RST2以停止充电。
阶段2(集成阶段)：在光源调制模块10输出调制波信号时，控制选择开关SW的选择端与第一电容C1的一端相连，当光敏二极管D1接收到红外反射信号时，光子产生电荷给第一电容C1充电。当光源调制模块10停止输出调制波信号时，控制选择开关SW的选择端与第二电容C2的一端相连，虽然光源调制模块10已经停止输出调制波信号，但是由于红外反射信号与红外发射信号之间的延时，光敏二极管D1将会继续接收到红外反射信号，此时光子产生电荷给第二电容C2充电，如图4所示。
也就是说，红外反射信号与红外发射信号之间的相位差值Δφ将体现在第一电容C1和第二电容C2所收集的电荷量(电压)上，且相位差值Δφ成正比于第一电容C1和第二电容C2所收集的电荷量的差异。例如，在第一次接收到红外反射信号时，假设此时红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值为Δφ11，相应的第一电容C1收集的电荷量为Q1，第二电容C2收集的电荷量为Q2，此时根据电荷量Q1和Q2可以计算出一个距离值
Figure BDA0001312036030000071
当第二次接收到红外反射信号时，假设相位差值为Δφ11+2π，第一电容C1和第二电容C2将继续收集电荷，第一电容C1和第二电容C2的电荷量将增加至Q1’和Q2’，此时根据电荷量Q1’和Q2’可以计算出一个距离值
Figure BDA0001312036030000081
依此类推，最终可获得多个距离值。
即言，根据本发明的一个实施例，通过以下公式计算获得不同频率下的所有距离值：
Figure BDA0001312036030000082
其中，d为距离值，c为光速，f为红外发射信号的频率，也是调制波信号的频率，Q1为第一电容的电荷量，Q2为第二电容的电荷量，且Q1和Q2与红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值相关，当相位差值为2π时，Q1为0，此时获得最大有效测量距离。
阶段3(读取阶段)：通过控制第一电压读取开关ROWEN1和第二电压读取开关ROWEN2处于闭合状态，以获取第一电容C1和第二电容C2的模拟电压信号，然后通过模数转换模块412将模拟电压信号转换为数学信号，以获得第一电容C1的电压和第二电容C2的电压，最后计算单元413对第一电容C1的电压和第二电容C2的电压进行转换和计算，以获得第一电容C1集成的电荷量和第二电容C2集成的电荷量，然后将获得的电荷量带入上述公式(1)中即可获得距离值。
阶段4(死区阶段)：在数据读取之后，会有多余的时间剩下，该时间段即称为死区阶段。
也就是说，可以采用脉冲调制波信号进行距离的测量，当调制波信号输出一段周期后，通过两个计算窗口，即第一电容C1和第二电容C2的电荷量来采样红外反射信号，然后根据电荷量来计算获得距离值。在通过相应的信号处理子模块对每个频率的调制波信号所能测量获得距离值计算出来之后，其中一个信号处理子模块中的计算单元还获取不同频率下的距离值中的相同距离值，以获得最终的真实距离值。
其中，可以理解的是，图3所示的模数转换单元412之间可以集成设置、计算单元413之间可以集成设置，模数转换单元412和计算单元413之间也可以集成设置，例如，可由一个具有模数转换功能的单片机实现。而对于光电转换单元411，可以集成在像素阵列的每个像素单元中，也就是说，当需要获取3D图像时，可在每个像素单元中设置图3所示的光电转换单元411，以实现红外反射信号的接收和转换。
具体地，以相机为例。如图5所示，将光电转换单元411集成在像素阵列的每个像素单元中，并且在像素阵列表面间隔均匀分布两种能够滤除不同频率的滤波片，即相邻的两个像素单元表面覆盖的滤波片所能通过的信号的频率不同，并且所能通过的信号的频率与调制波信号的频率相同，具体如图6所示，其中一种滤波片可以通过频率为f1的信号，另一种可以通过频率为f2的信号，而其他频率的信号(包括环境光)都将无法通过滤波片。
在获取图像信息时，光源调制模块10同时分别发送频率为f1和f2的调制波信号至第一调制光源21和第二调制光源22，经第一调制光源21和第二调制光源22电光转换后，输出频率为f1和f2的红外发射信号，然后被被测物体(被拍摄景物)反射至像素阵列表面覆盖的滤波片，通过两种滤波片实现不同信号的分离，以获得频率为f1和f2的红外反射信号。频率为f1和f2的红外反射信号通过像素阵列中的光电转换单元进行光电转换后，获得电压信号，然后通过单片机处理后，获得频率为f1的调制波信号对应的所有距离值和频率为f2的调制波信号对应的所有距离值，最终通过获得所有距离值中的相同距离值获得真实距离，即获得准确的深度信息。并且，频率为f1的调制波信号对应的最大有效测量距离为D1，频率为f2的调制波信号对应的最大有效测量距离为D2，而当通过这两种频率的调制波信号进行同时测量时，最大有效测量距离将为D1和D2的最小公倍数，从而在不牺牲精度的情况下显著提高测量范围。
综上所述，根据本发明实施例的飞行时间测距系统，通过光源调制模块输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口，并通过多个调制光源分别对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体。然后，通过光源解调模块对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后通过信号处理模块根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该系统通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
另外，本发明的实施例还提出了一种测距传感器，其包括上述的飞行时间测距系统。
本发明实施例的测距传感器，通过上述的飞行时间测距系统，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
此外，本发明的实施例还提出了一种相机，其包括上述的测距传感器。
本发明实施例的相机，通过上述的测距传感器，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
图7是根据本发明实施例的飞行时间测距方法的流程图。如图7所示，本发明实施例的飞行时间测距方法可包括以下步骤：
S1，输出不同频率的多个调制波信号。
S2，对多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体。
S3，对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号。
S4，根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离，包括：先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。
需要说明的是，本发明实施例的飞行时间测距方法中未披露的细节，请参照本发明实施例的飞行时间测距系统中所披露的细节，具体这里不再详述。
根据本发明实施例的飞行时间测距方法，首先输出不同频率的多个调制波信号，并对多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体，然后，对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该方法通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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 (8)

1.一种飞行时间测距系统，其特征在于，包括：
光源调制模块，所述光源调制模块包括多个调制波输出端口，所述光源调制模块用于输出不同频率的多个调制波信号至所述多个调制波输出端口；
多个调制光源，所述多个调制光源与所述多个调制波输出端口对应相连，所述多个调制光源分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；
光源解调模块，所述光源解调模块用于对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及
信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述信号处理模块用于根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离，其中，所述信号处理模块先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。
2.如权利要求1所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述光源解调模块为多个滤波片，所述多个滤波片中的每个滤波片所能通过的信号的频率不同且与所述红外发射信号的频率相对应。
3.如权利要求1所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述信号处理模块包括多个信号处理子模块，其中，每个信号处理子模块包括：
光电转换单元，所述光电转换单元分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述光电转换单元用于将相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值转换为模拟电压信号；
模数转换单元，所述模数转换单元与所述光电转换单元相连，所述模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字信号；
计算单元，所述计算单元与所述模数转换单元相连，所述计算单元用于根据所述数字信号计算该频率下的所有距离值。
4.如权利要求3所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述光电转换单元包括：
光敏二极管，所述光敏二极管的阳极接地；
选择开关，所述选择开关的固定端与所述光敏二极管的阴极相连；
第一电容，所述第一电容的一端通过第一复位开关与预设电源相连，所述第一电容的一端还通过第一电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第一电容的另一端接所述地；
第二电容，所述第二电容的一端通过第二复位开关与所述预设电源相连，所述第二电容的一端还通过第二电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第二电容的另一端接所述地，其中，所述选择开关的选择端还与所述第一电容的一端或者所述第二电容的一端相连。
5.如权利要求4所述的飞行时间测距系统，其特征在于，通过以下公式计算获得不同频率下的所有距离值：
Figure FDA0002576176130000021
其中，d为所述距离值，c为光速，f为所述红外发射信号的频率，Q1为所述第一电容的电荷量，Q2为所述第二电容的电荷量，且Q1和Q2与所述红外发射信号与所述红外反射信号之间的相位差值相关。
6.一种测距传感器，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的飞行时间测距系统。
7.一种相机，其特征在于，包括如权利要求6所述的测距传感器。
8.一种飞行时间测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
输出不同频率的多个调制波信号；
对所述多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；
对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及
根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离，包括：先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。
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