CN109788216B - 用于tof的抗干扰方法、装置及tof传感器芯片 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于TOF的抗干扰方法、装置及TOF传感器芯片，该方法包括：发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。由于根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值，将除噪声后相位帧组的差分信号电压值用于深度计算，避免了芯片内部噪声和环境噪声带来的干扰。

Description

用于TOF的抗干扰方法、装置及TOF传感器芯片

技术领域

本发明实施例涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种用于TOF的抗干扰方法、装置及TOF传感器芯片。

背景技术

3D飞行时间(Time of flight,简称TOF)技术通过使用CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)像素阵列或CCD(charge coupleddevice，电荷耦合器件)像素阵列和主动调制光源技术来提供3D距离景深图。该技术中，阵列的每个像素都能测量对应目标体的亮度和反射回来的调制光的到达时间，从而计算出该点对应的距离景深。TOF方法包括间接飞行时间(indirect TOF，简称I-TOF)法和直接飞行时间(direct TOF，简称D-TOF)法，目前主流的用于测深度图像的飞行时间传感芯片均采用I-TOF方法，I-TOF通过发射光脉冲，根据脉冲返回的相位计算距离。通过主动调制光源和解调，内部像素电路得到具有不同相位差的光电转换电荷，根据公式计算得到深度距离和置信度图像。

为了减少使用过程中存在的噪声干扰，目前通过使用850nm或940nm的近红外光作为光源，这两个波段在环境光中占比相对较少。另一方面，采用差分的方式滤除这些噪声的影响，即采用双解调方式得到A和B两个电压值，由于解调后的信号占空比为50％，可以认为噪声对A电压值和B电压值的影响一样，从而差分输出时，A-B就可以减少这些噪声的影响。

一方面，虽然可以通过镜头或者芯片上面镀上滤光片进行滤除环境光，但是滤光片一般只能做到带通滤光，以及环境光中仍存在少部分850nm和940nm波长的光。因此，环境光引入噪声是不可避免的。另一方面，解调信号的占空比无法做到精确的50％，以及且芯片内部的物理影响，包括电路、温度等带来的影响，也会导致A电压值和B电压值受到的影响不一致，从而A-B无法精确消除这些噪声的影响。综上，目前的I-TOF方法无法消除环境噪声带来的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种用于TOF的抗干扰方法、装置及TOF传感器芯片。

第一方面，本发明提供一种用于TOF的抗干扰方法，包括：发送相位帧组和与所述相位帧组对应的检测帧,并获取所述相位帧组和所述检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，所述相位帧组包括多个不同相位的相位帧，所述检测帧发送时光源为关闭状态，所述相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

第二方面，本发明提供一种用于TOF的抗干扰装置，包括：获取模块，用于发送相位帧组和与所述相位帧组对应的检测帧,并获取所述相位帧组和所述检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，所述相位帧组包括多个不同相位的相位帧，所述检测帧发送时光源为关闭状态，所述相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；处理模块，用于根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

第三方面，本发明提供一种TOF传感器芯片，该芯片包括本发明第二方面用于TOF的抗干扰装置。

第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现本发明第一方面用于TOF的抗干扰方法的步骤。

第五方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明第一方面用于TOF的抗干扰方法的步骤。

本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰方法，发送相位帧组和与所述相位帧组对应的检测帧,并获取所述相位帧组和所述检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值，将除噪声后相位帧组的差分信号电压值用于深度计算，避免了芯片内部噪声和环境噪声带来的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰方法流程图；

图2为本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰装置结构图；

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前的基于I-TOF的深度测量方法，由于环境光中存在少部分850nm和940nm波长的光，解调信号的占空比无法做到精确的50％，以及且芯片内部的物理影响，使得该方法或多或少会引入环境噪声，从而降低测量的精度。

为解决这一问题，本发明实施例提供一种用于TOF的抗干扰方法，该方法可应用于上述基于I-TOF的深度测量场景，也可应用于基于D-TOF的深度测量场景以及其它相似场景，本发明实施例对此不作具体限定。

图1为本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种用于TOF的抗干扰方法，包括：

101，发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同。

在101中，相位帧组中包括多个不同相位的相位帧，相位帧是用于单次采集反射光信号的帧序列，通过每一相位帧组中的多个不同相位的相位帧经反射后，采集反射光信号并通过计算完成一次测量。如四相位法中，相位帧组包括0°、90°、180°和270°四种相位的相位帧，通过一组相位帧组采集反射光信号后并通过计算完成一次测量。像素阵列中的每一像素均通过接收相位帧组发射后，经发射、解调和积分测量得到对应像素点的像素矩阵，进一步根据计算得到对应的深度。

在本实施例中在发射的相位帧组中添加一个检测帧，本发明实施例不对检测帧的序列位置做具体限定，包括但不限于在第一个相位帧序列之前、相位帧之间以及最后一个相位帧之后，称该检测帧为该相位帧组对应的检测帧。作为一个优选实施例，检测帧和相位帧的帧与帧之间的间隙保持一致。

检测帧发送时光源为关闭状态，如通过光源调制信号不调制等方式实现。相位帧组中的每一相位帧的解调频率和积分时间是相同的，对于与相位帧组对应的检测帧，其解调频率和积分时间也与相位帧组中的每一相位帧对应相同，即解调频率相同，积分时间也相同。

理想状况下，在无光源环境下，解调积分后的检测帧对应的差分信号的高电平A与低电平B的差值A-B应该为0，但由于解调信号的占空比无法做到精确的50％，另外芯片内部的物理因素和环境光的影响，均会导致A-B不为0。在积分时间内采集的光子即为环境光中的噪声成分，此时得到的检测帧积分后的差分电压对应着无光源环境下的噪声。像素阵列中每个像素点对应的A-B形成的矩阵即为每个像素点的噪声矩阵。由于检测帧和相位帧组中的每一相位帧的解调频率和积分时间均相同，且检测帧的序列与相位帧组序列的时刻差值很小，从而检测帧中的噪声和相位帧组中的每一相位帧叠加的噪声可视为相同。对于相位帧组中的每一相位帧，按照TOF的处理方式解调积分后得到对应的差分信号的电压值。

102，根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

在102中，由于检测帧积分后得到的差分信号的电压值对应着环境噪声，根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，可以计算得到除去噪声后相位帧组的差分信号电压值。根据除去噪声后相位帧组的差分信号电压值计算深度，能够避免环境噪声带来的影响。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，相位帧组中的相位帧为一个，对于每一相位帧组均有对应的检测帧。考虑到在D-TOF模式下的应用，相位帧组中只包含一个相位帧，例如只包括一个0°的相位帧。

本实施例提供的用于TOF的抗干扰方法，发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值，将除噪声后相位帧组的差分信号电压值用于深度计算，避免了芯片内部噪声和环境噪声带来的干扰。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，本发明实施例不对根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值的方法作具体限定，包括但不限于：将相位帧组中每一相位帧解调后得到的差分信号电压值，减去检测帧解调后得到的差分信号的电压值，得到除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

对于像素阵列中的每一像素单元，检测帧积分后的差分电压值，每个像素均有对应的A-B的值，像素阵列的电压值形成一个矩阵M。对于相位帧组中每一相位帧的A-B值得到的差分信号电压值的矩阵数据，均减去M，此时得到的每一相位帧对应的矩阵数据为除去噪声后的差分信号电压值的矩阵，将除去噪声后的差分信号电压值的矩阵用于计算每一像素的深度值，更好的抑制了环境噪声对深度计算的影响。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，相位帧组为多个，对于每一相位帧组均有对应的检测帧。

对于常规模式，单次测量通过一个相位帧组实现，一个相位帧组中包括多个相位帧和与该相位帧组对应的检测帧。对于灰度模式，可采用上述实施例中一个相位帧组的方式。

对于双频去模糊模式和高动态范围图像(High-Dynamic Range，简称HDR)模式，由于每一次深度测量均有两个相位帧组，从而对于每一相位帧组均需设置对应的检测帧。

以双频去模糊模式下，四相位法为例进行说明。一次深度测量中，双频去模糊模式中存在2个相位帧组，第一组，即前4个相位帧频率一致，称为第一个频率，相位分别为0°、90°、180°和270°；第二组，即后4个相位帧频率一致，称为第二个频率，相位分别为0°、90°、180°和270°。前4个相位帧和后4个相位帧的积分时间一样，解调频率不同。

当采用双频去模糊模式时，在第一个频率的相位帧组中，增加一个对应的第一检测帧，第一检测帧与第一个频率的相位帧组的积分时间和解调频率均相同。在第二个频率的相位帧组中，增加一个对应的第二检测帧，第二检测帧与第二个频率的相位帧组的积分时间和解调频率均相同。检测帧的序列位置与上述实施例一致，每一检测帧位于相应的相位帧组的相位帧之间，第一个相位帧之前或最后一个相位帧之后。

以HDR模式下，四相位法为例进行说明。HDR模式中不同的是，第一组，即前4个相位帧积分时间一致，称为第一个积分时间，相位分别为0°、90°、180°和270°；第二组，即后4个相位帧积分时间一致，称为第二个积分时间，相位分别为0°、90°、180°和270°。前4个相位帧和后4个相位帧的调制解调频率一致，但第一积分时间和第二积分时间不同。

当采用HDR模式时，在第一个积分时间的相位帧组中，增加一个对应的第一检测帧，第一检测帧与第一个积分时间的相位帧组的积分时间和解调频率均相同。在第二个积分时间的相位帧组中，增加一个对应的第二检测帧，第二检测帧与第二个积分时间的相位帧组的积分时间和解调频率均相同。检测帧的序列位置与上述实施例一致，每一检测帧位于相应的相位帧组的相位帧之间，第一个相位帧之前或最后一个相位帧之后。

图2为本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰装置结构图，如图2所示，该用于TOF的抗干扰装置包括：获取模块201和处理模块202。其中，获取模块201用于发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；处理模块202用于根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

相位帧组中包括多个不同相位的相位帧，相位帧是用于单次采集反射光信号的帧序列，通过每一相位帧组中的多个不同相位的相位帧经反射后，采集反射光信号并通过计算完成一次测量。如四相位法中，相位帧组包括0°、90°、180°和270°四种相位的相位帧，通过一组相位帧组完成一次深度的测量。像素阵列中的每一像素均通过接收相位帧组发射后，经发射、解调和积分得到对应像素点的像素矩阵，进一步根据计算得到对应的深度。

在本实施例中获取模块201在发射的相位帧组中添加一个检测帧，称该检测帧为该相位帧组对应的检测帧。检测帧发送时光源为关闭状态，如通过光源调制信号不调制等方式实现。相位帧组中的每一相位帧的解调频率和积分时间是相同的，对于与相位帧组对应的检测帧，其解调频率和积分时间也与相位帧组中的每一相位帧对应相同，即解调频率相同，积分时间也相同。

理想状况下，在无光源环境下，解调积分后的检测帧对应的差分信号的高电平A与低电平B的差值A-B应该为0，但由于解调信号的占空比无法做到精确的50％，另外芯片内部的物理因素和环境光的影响，均会导致A-B不为0。在积分时间内采集的光子即为环境光中的噪声成分，此时得到的检测帧积分后的差分电压对应着无光源环境下的噪声。像素阵列中每个像素点对应的A-B形成的矩阵即为每个像素点的噪声矩阵。由于检测帧和相位帧组中的每一相位帧的解调频率和积分时间均相同，且检测帧的序列与相位帧组序列的时刻差值很小，从而检测帧中的噪声和相位帧组中的每一相位帧叠加的噪声可视为相同。对于相位帧组中的每一相位帧，按照D-TOF的处理方式解调积分后得到对应的差分信号的电压值。

由于检测帧积分后得到的差分信号的电压值对应着环境噪声，处理模块202根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，可以计算得到除去噪声后相位帧组的差分信号电压值。根据除去噪声后相位帧组的差分信号电压值计算深度，能够避免环境噪声带来的影响。

本发明实施例提供的用于TOF的抗干扰装置，获取模块发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，处理模块根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值，将除噪声后相位帧组的差分信号电压值用于深度计算，避免了芯片内部噪声和环境噪声带来的干扰。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例，处理模块202用于将相位帧组中每一相位帧解调后得到的差分信号电压值，减去检测帧解调后得到的差分信号的电压值，得到除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

本发明实施例提供的装置实施例是为了实现上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供一种TOF传感器芯片，该芯片中包括上述各装置实施例中的用于TOF的抗干扰装置，具体内容参见上述各装置实施例，此处不再赘述。

应当说明的是，该TOF传感器芯片中的用于TOF的抗干扰装置是为了实现上述各方法实施例的，上述各功能模块的描述只是示意性的，并不是对各相关模块的具体限制。只要相应的TOF传感器芯片中的单个模块、多个模块结合起来或者芯片本身，执行上述任意方法实施例，都属于本发明保护的范围。例如，执行的方法实施例包括：发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(Communications Interface)302、存储器(memory)303和总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过总线304完成相互间的通信。通信接口302可以用于电子设备的信息传输。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行包括如下的方法：发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明上述各方法实施例的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令使计算机执行上述实施例所提供的用于TOF的抗干扰方法，例如包括：发送相位帧组和与相位帧组对应的检测帧,并获取相位帧组和检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，相位帧组包括多个不同相位的相位帧，检测帧发送时光源为关闭状态，相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于TOF的抗干扰方法，其特征在于，包括：

发送相位帧组和与所述相位帧组对应的检测帧,并获取所述相位帧组和所述检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，所述相位帧组包括多个不同相位的相位帧，所述检测帧发送时光源为关闭状态，所述相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；

根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值；

所述根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值，包括：

将所述相位帧组中每一相位帧解调后得到的差分信号电压值，减去检测帧解调后得到的差分信号的电压值，得到除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测帧位于对应相位帧组的多个相位帧之间，对应相位帧组的第一个相位帧之前或对应相位帧组的最后一个相位帧之后。

3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述相位帧组中的相位帧为一个，对于每一相位帧组均有对应的检测帧。

4.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述相位帧组为多个，对于每一相位帧组均有对应的检测帧。

5.一种用于TOF的抗干扰装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于发送相位帧组和与所述相位帧组对应的检测帧,并获取所述相位帧组和所述检测帧分别解调后得到的差分信号的电压值，所述相位帧组包括多个不同相位的相位帧，所述检测帧发送时光源为关闭状态，所述相位帧组中每一相位帧与对应的检测帧的解调频率和积分时间均对应相同；

处理模块，用于根据每一相位帧和对应检测帧分别解调后得到的差分信号电压值，获取除噪声后相位帧组的差分信号电压值；

所述处理模块，用于将所述相位帧组中每一相位帧解调后得到的差分信号电压值，减去检测帧解调后得到的差分信号的电压值，得到除噪声后相位帧组的差分信号电压值。

6.一种TOF传感器芯片，其特征在于，包括权利要求5所述的用于TOF的抗干扰装置。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述用于TOF的抗干扰方法的步骤。

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述用于TOF的抗干扰方法的步骤。

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