CN109991584A - 一种抗干扰的距离测量方法及深度相机 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光学技术领域，提供了一种抗干扰的距离测量方法及深度相机，该方法包括：向待测体发射光信号，光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；通过接收模块接收信号，接收模块内设置有至少三个用于接收信号的采集窗口，各采集窗口时序不同；采集窗口接收的信号包括反射光信号和/或干扰光信号，反射光信号为由待测体将其接收的光信号反射出的光信号；根据接收模块接收的信号，计算光信号的飞行时间，以获取待测体的距离。通过随机改变光信号中脉冲间隔但保持其脉冲宽度不变，可以有效抑制干扰光信号对反射光信号的干扰，从而提升深度相机检测结果的准确率，进而有效地扩展I‑TOF技术的应用领域。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种抗干扰的距离测量方法及深度相机。
背景技术
ToF(Time-of-Flight，飞行时间)是一种通过测量光的飞行时间来实现精确距离测定的技术。I-TOF(Indirect-TOF)技术则是通过激光发射装置发射一束时间序列上的周期性调制激光到物体表面上，通过物体反射回的反射光则在时序上产生一个相对于入射光的时间延迟，具体表现为周期性调制发射光上附加的相位延迟，其中，相位延迟的大小与光的飞行时间成正比。也即，I-TOF技术通过测量相位延迟来进行光飞行时间的测量，进而实现距离测量。
随着I-TOF技术的发展逐渐走向市场，在很多领域，TOF相机将与其它设备(例如带有主动红外光源的设备)一起使用，或者多台TOF相机一起使用，以满足使用要求，但是由于设备之间会产生信号干扰，从而会导致无法准确检测待测物体的真实距离。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种抗干扰的距离测量方法，以解决现有I-TOF技术无法准确检测待测物体距离的技术问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种抗干扰的距离测量方法，包括：
向待测体发射光信号，所述光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；
通过接收模块接收信号，其中，所述接收模块内设置有至少三个用于接收信号的采集窗口，各所述采集窗口时序不同；所述采集窗口采集的信号包括反射光信号和/或干扰光信号，所述反射光信号为由所述待测体将其接收的所述光信号反射出的光信号；
根据所述接收模块接收的信号，计算所述光信号的飞行时间，以获取所述待测体的距离。
本发明实施例的第二方面提供了一种深度相机，包括：
发射模块，用于向待测体发射光信号；
接收模块，设有至少三个用于接收信号的采集窗口；
控制模块，所述控制模块用于控制所述发射模块发射所述光信号，所述光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；
所述控制模块用于控制所述接收模块的采集窗口接收信号，其中一个所述采集窗口用于接收干扰光信号，其余所述采集窗口用于接收反射光信号以及干扰光信号，所述反射光信号为由所述待测体将其接收的所述光信号反射出的光信号；
所述控制模块用于根据所述接收模块接收的信号，获取所述光信号的飞行时间，以获取所述待测体的距离。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述抗干扰的距离测量方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述抗干扰的距离测量方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法及深度相机的有益效果至少包括以下：该抗干扰的距离测量方法通过随机改变光信号的脉冲间隔但保持其脉冲宽度不变，以此有效抑制干扰光信号对反射光信号的干扰，使得深度相机检测结果的准确率得以提升，进而有效扩展了I-TOF技术的应用领域。同时，该深度相机通过设置至少三个采集窗口，并通过控制模块对各采集窗口的采集时序进行控制，以此有效增大了深度相机的测量距离，同时实现了单个深度相机的测量距离可控的效果，并可利用深度相机进行多距离的测量，极大提升了深度相机的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1是本发明实施例提供的深度相机的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的深度相机的原理示意图；
图3是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法的实现流程图一；
图4是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法的实现流程图二；
图5是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法中光信号发射和采集示意图一；
图6是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法中干扰光信号采集示意图一；
图7是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法中一帧信号的示意图；
图8是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法中光信号发射和采集示意图二；
图9是本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法中干扰光信号采集示意图二；
图10是本发明实施例提供的终端设备的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
请参阅图1和图2，深度相机10包括发射模块11、接收模块12以及控制模块13。当然，实际上，深度相机10还可以包括电路模块、电源模块、外壳及其它部件，此处并未完全示出。需说明的是，深度相机10可以是独立的装置，也可以被集成于手机、平板电脑、计算机等电子设备中，此处不作限制。另外，该深度相机10可以为TOF深度相机，当然，在其他实施例中，深度相机10还可以为其他形式，此处不作限制。
请参阅图1和图2，控制模块13与发射模块11和接收模块12均连接。其中，发射模块11主要用于向待测体20光信号(例如脉冲激光信号)，其发射的光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号，从而可以使得光信号的脉冲周期不断变化。接收模块12设有至少三个采集窗口，其中一个采集窗口主要用于接收环境光以及干扰光信号，其余采集窗口主要用于接收由待测体反射回的光信号以及干扰光信号。其中，采集窗口的具体数量及采集窗口产生的采集信号可以根据实际需要进行设置，此处不作限制。控制模块13控制发射模块11和接收模块12，以及用于根据接收模块12不同采集窗口采集的信号，获取待测体20相距深度相机10的距离。在一个实施例中，采集窗口指的是多抽头像素结构中的抽头，抽头用于在一定的时间内读取该信号的像素值。
图1所示为本发明实施例提供的一种深度相机10的原理示意图。可以理解地，为实现准确地测量待测体20的距离，发射模块11和接收模块12之间的距离101(此处指的是发射模块11和接收模块12之间的纵向距离)远小于待测体20与深度相机10之间的距离104(此处指的是待测体20与深度相机10之间的横向距离)，具体地，发射模块11和接收模块12之间的距离101可以仅为几毫米左右。因此，在本实施例中，控制模块13控制发射模块11发射光信号102至待测体20，经待测体20反射后光信号103返回至接收模块12，控制模块13对发射的光信号102与反射的光信号103之间的时间差(也称光飞行时间，即光信号从发射模块11发射至待测体20、并经待测体20发射回接收模块12的时间)进行计算，并根据该时间差，即可获得待测体20与深度相机10之间的距离104。
请参阅图2，在一个实施例中，发射模块11包括激光器111、激光驱动器112以及光调制器113。其中，激光驱动器112与激光器111连接，主要用于驱动激光器111发光。在本实施例的一个具体实施方式中，激光驱动器112内部设置有激光驱动电路，其中，电性连接于激光器111的激光驱动电路可以驱动激光器111发射出高频调制的光信号。
可以理解地，激光器111所发射出的光信号102需先经光调制器113调制后再向待测体20发射。具体在本实施例中，光调制器113与激光器111连接，用于调制光信号102的发射区域和面积等。
在本实施例中，激光器111可以为近红外波段的VCSEL(Vertical Cavity SurfaceEmitting Laser，垂直腔面发射激光器)。由于在太阳光谱中，近红外波段的比例相较于可见光要低得多，同时硅基材质的探测器探测效率基本能够达到探测的要求，能够最大程度地降低太阳光的干扰，因此本实施例选择的激光器111波长为850nm～940nm，例如可以为850nm或者940nm。
需说明的是，在本实施例的一个具体实施方式中，光调制器113包括漫射器，漫射器与激光器111连接，用于对激光器111的光发射区域和面积进行调整，从而将光调制成理想的面照明方式，使得激光照明区域与接收模块12的成像系统的视场尽量重合，将照明光的利用率最大化，尽量提高探测精度。
在本实施例的一个具体实施方式中，光调制器113包括衍射光学元件，用于对激光器111发射出的光信号进行衍射以形成斑点光信号，比如规则排列的斑点光信号。与泛光照明相比，斑点光信号所计算出的飞行时间信噪比更高。
在本实施例的一个具体实施方式中，光调制器113还包括透镜，用于对激光器111发射出的光信号进行折射，以实现聚焦、准直等功能。
请参阅图2，在本实施例中，接收模块12包括沿光路设置的镜头121、滤光片122和图像传感器123。可以理解地，经待测体20反射的光信号经过透镜121和滤光片122滤光后被图像传感器123所接收，通过解调得到时间差，进而得到待测体20的距离。
具体地，镜头121主要用于接收来自待测体20上的反射光信号，并使其在图像传感器123上成像。需说明的是，为实现成像，在本实施例的一个具体实施方式中，镜头121包括至少一个光学透镜，其中，该光学透镜主要用于收集来自待测体20反射出的光信号103，并使这些反射的光信号103在图像传感器123上成像。
滤光片122主要用于对来自镜头121的反射光信号进行滤光。其中，在本实施例的一个具体实施方式中，滤光片122需选择与激光器111的波长相匹配的窄带滤光片，用于抑制其余波段的背景光噪声。
如图2所示，图像传感器123上设有至少三个采集窗口。在本实施例的一种具体实施方式中，图像传感器123是一种专门用于光飞行时间(TOF)测量的图像传感器，例如可以是CMOS(互补金属氧化物半导体)、APD(雪崩光电二极管)、SPAD(单光子雪崩光电二极管)等图像传感器，图像传感器的像素可以是单点、线阵或者面阵等形式。采集窗口可以是图像传感器123上的单个像素在不同时间段上的采集窗口，也可以是相邻的像素，例如左右相邻、上下相邻或者对角相邻的像素分别对应的采集窗口。
在本实施例中，控制模块13与发射模块11和接收模块12均连接，用于向每个模块发出控制信号以实施相应的控制操作，以及对接收到的图像进行相关计算和处理等。控制模块13的控制功能包括：提供激光器111发射光信号时所需的周期性调制信号、并对其脉冲宽度和脉冲间隔等作相应控制，提供图像传感器123中采集窗口的采集信号、并对其脉冲宽度和脉冲间隔等作相应控制等，还可以提供辅助的监测信号，包括温度传感、过电流、过压保护、脱落保护等。控制模块13中还包含有寄存模块和处理模块，将图像传感器123中采集窗口采集到的原始数据保存并作相应处理，得到待测体20的具体位置。
在本实施例的一个具体实施例中，控制模块13可用于控制发射模块11向待测体20发射光信号，光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；同时用于控制接收模块12的采集窗口接收信号，其中一个采集窗口用于接收干扰光信号，其余采集窗口用于接收反射光信号以及干扰光信号，反射光信号为由待测体将其接收的光信号反射出的光信号；并根据接收模块12接收的信号，获取光信号的飞行时间，以获取待测体的距离。其获取光信号的飞行时间的具体方式在后文详细给出，可以有效避免干扰光信号的干扰，提升深度相机检测结果的准确率。
图3示出了本发明实施例提供的一种抗干扰的距离测量方法的实现流程图，可由软件和/或硬件实现，例如可以通过上述的深度相机10实现。如图3所示，该抗干扰的距离测量方法包括以下步骤：
步骤S11：向待测体发射光信号，其中，该光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号。
在本实施例中，控制模块13发送至发射模块11的调制信号可以是周期性随机变化的脉冲信号，从而发射模块11可以向待测体发射脉冲间隔随机变化的光信号。光信号中多个脉冲信号的脉冲间隔虽然发生变化，但是每个脉冲信号的脉冲宽度均保持一致。在光信号时，可以是控制模块13发送调制信号至发射模块11的激光驱动器112，激光驱动器112根据该调制信号驱动激光器111发射脉冲激光信号，该脉冲激光信号经光调制器113调制后向空间发射，从而可以将光信号发射至待测体20。
步骤S12：通过接收模块接收信号，其中，接收模块内设置有至少三个用于接收信号的采集窗口，各采集窗口时序不同，即同一时刻只有一个采集窗口开启。采集窗口接收的信号包括反射光信号和/或干扰光信号，其可以通过控制模块的采集信号进行控制，其中，反射光信号为由待测体将其接收的光信号反射出的光信号。应当理解的是，采集窗口接收的信号还可以包括环境光。
请参阅图2和图8，考虑接收模块12中采集窗口的数量为三个的情况，为了描述方便，三个采集窗口分别记为第一采集窗口1201、第二采集窗口1202和第三采集窗口1203，第一采集窗口1201、第二采集窗口1202以及第三采集窗口1203对应的采集信号分别记为第一采集信号1301、第二采集信号1302以及第三采集信号1303，同时发射模块11发射的光信号对应调制信号1300，经待测体20反射回的光信号记为反射光信号1400。调制信号1300中第i个脉冲信号的脉冲间隔为Ti，脉冲宽度为Th；与调制信号1300对应，第一采集信号1301至第三采集信号1303也为脉冲间隔相应变化的脉冲信号，且脉冲宽度均不小于调制信号1300的脉冲宽度Th。应当理解的是，反射光信号1400的波形与调制信号1300的频率和脉冲宽度相同，存在时间上的滞后。
控制模块13控制发射模块11发送调制信号1300，同时分别控制第一采集窗口1201和第二采集窗口1202发送第一采集信号1301和第二采集信号1302，同时控制模块13还指示第一采集窗口1201和第二采集窗口1202依次开启，确保第一采集窗口1201位于上升沿(位于高电平)时，第二采集窗口1202位于下降沿(低电平)；当第一采集窗口1201位于下降沿时，第二采集窗口1202位于上升沿。且第一个接收采集信号的采集窗口(此处为第一采集窗口1201)与发射模块11中的激光器111同步开启。只有当采集窗口位于高电平时，其才能接收来自待测体20的反射光信号，因而对于任一时刻，仅有一个采集窗口能接收到反射光信号1400。控制模块13还控制第三采集窗口1203采集环境光，从而可以在后续计算中去除环境光的影响。
当然，在本实施例的一个具体实施例中，控制模块13还可以控制第一采集窗口1201至第三采集窗口1203依次开启，通过对采集窗口时序的控制，确保第一采集窗口1201和第二采集窗口1202接收来自待测体20的反射光信号，而第三采集窗口1203采集环境光。
需要说明的是，由于反射光信号1400的振幅受制于环境光、待测体等多方面因素的影响，振幅是一个未知量；因此，对于上述采集窗口的情形，第一采集窗口1201的下降沿和第二采集窗口1202的上升沿需要处于反射光信号1400的脉宽区域内，光飞行时间才可求解。因此，为了能够求解光飞行时间，每个采集窗口接收采集信号的脉冲宽度均不小于发射信号的脉冲宽度。
应当理解的是，光信号以及采集信号在发射时，均是一帧一帧地发射，而每一帧信号中包含有多个脉冲信号，因此可具有多个采集结果。为提高检测结果的准确度，选择多组数据进行平均，例如，在第一采集窗口1201中，每个脉冲信号采集到的电信号均为Q1，其均值为Q1；相应地，第二采集窗口1202以此类推。
当然，在其它实施例中，接收模块12中采集窗口的数量还可以为四个及四个以上，此处不作限制。
请参阅图3，步骤S13：根据接收模块接收的信号，计算光信号的飞行时间。
一种可以考虑的方式如下：
步骤S131：根据接收模块中不同采集窗口采集的信号，计算对应的电信号强度。
一方面，接收模块12接收的光信号中均包括环境光信号，因此为了去除环境光信号的影响，需要测得环境光信号对应的电信号强度。另一方面，在一些实际应用中，深度相机可以配置为与其它设备一起使用，例如多台深度相机一起使用，此时经待测物反射回的光信号在返回至接收模块12时将有干扰光信号同时返回至接收模块12。可以理解的是，当有干扰光信号时，采集窗口除采集到反射光信号对应的电信号外，还将采集到干扰光信号对应的电信号。当干扰光信号和光信号的脉冲周期相同时，干扰光信号1500才能对光信号造成实时干扰。
在本实施例中，控制模块13控制接收模块12的第三采集窗口1203接收环境光信号，第三采集窗口1203在采集环境光信号时，也会采集到干扰光信号。控制模块13根据接收模块12接收的环境光和干扰光信号，可以计算环境光以及干扰光信号对应的电信号强度Q0和Q0'。应当理解的是，由于环境光的随机分布，在每个采集窗口中，不同的脉冲信号所采集到的环境光为随机值，因此，在每个采集窗口做平均后，每个采集窗口测得的环境光可以看作是定值，且每个采集窗口中多个脉冲信号所采集数据的均值也可以看作是定值。
控制模块13可控制接收模块12的第一采集窗口1201和第二采集窗口1202采集待测体反射回的反射光信号1400，第一采集窗口1201和第二采集窗口1202在采集反射光信号1400时，也会采集到干扰光信号，因此将第一采集窗口1201采集的光信号和干扰光信号对应的电信号分别记为Q1和Q1'，第二采集窗口1202采集的光信号和干扰光信号对应的电信号分别记为Q2和Q2'。在计算过程中，Q1、Q1'、Q2和Q2'均为每个采集窗口中多个脉冲信号所采集数据的均值。
步骤S132：根据电信号强度，计算光信号的飞行时间，光信号的飞行时间计算方式如下：
其中，M为接收模块中第一个接收到反射光信号的采集窗口序号，M为正整数，且小于或等于采集窗口的总个数；
N为采集窗口的总个数；
Q0为用于采集环境光的采集窗口采集的环境光对应的电信号强度；
Q0'为用于采集环境光的采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
QM为第一个接收到反射光信号的采集窗口采集的反射光信号对应的电信号强度；
QM'为第一个接收到反射光信号的采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
Qj为第j个采集窗口采集的反射光信号对应的电信号强度；
Qj'为第j个采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
Thi为第i个采集信号的脉冲宽度；
Th为光信号的脉冲宽度。
请参阅图2和图8，在一个实施例中，考虑采集窗口的数量为三个的情形，其中第三采集窗口1203用于获得环境光以及干扰光信号1500对应的电信号Q0和Q0'。此时其余采集窗口接收到信号的情形主要包括两种：第一采集窗口1201和第二采集窗口1202均采集到反射光信号1400和干扰光信号1500，以及第一采集窗口1201未采集到反射光信号1400、第二采集窗口1202采集到反射光信号1400和干扰光信号1500。
考虑第一采集信号1301、第二采集信号1302分别与调制信号1300的脉冲间隔Ti和脉冲宽度Th均对应相同、且随着调制信号1300的脉冲间隔变化而变化，第一采集信号1301的脉冲宽度Th1、第二采集信号1302的脉冲宽度Th2均为Th的情形。
在第一种情形下，由于第一采集窗口1201为第一个接收到发射模块的光信号的采集窗口，因此M值为1(M＝1)；
采集窗口的总个数N为3(N＝3)；
第一采集窗口1201中光信号和干扰光信号对应的电信号强度分别为Q1和Q1'，第二采集窗口1202中光信号和干扰光信号对应的电信号强度为Q2和Q2'，第三采集窗口1203中环境光和干扰光信号对应的电信号强度为Q0和Q0'。
由此：
Th1＝Th
QM-Q0＝Q1-Q0
QM'-Q0'＝Q1'-Q0'
因此，
第二种情形可根据公式(1)按照上述方式推出，此处不再赘述。
由上述结果可知，只有当Q1'＝Q2'＝Q0'＝0或Q1'＝Q2'＝Q0'时，可以有效抑制干扰光信号的干扰，进而可以得到准确的结果。
请参阅图5，考虑光信号中相邻脉冲信号的脉冲间隔一致的情况，此时干扰光信号1500和调制信号1300的脉冲周期T相同。请参阅图6，反射光信号1400返回至接收模块12时，伴随有干扰光信号1500同时返回至接收模块12，此时，第一采集窗口1201至第三采集窗口1203将同时对干扰光信号1500进行采集，采集到的电信号分别为Q1'、Q2'和Q0'，显然不满足Q1'＝Q2'＝Q0'＝0或Q1'＝Q2'＝Q0'中的任意一项。因此，可以理解的是，干扰光信号1500将实时对反射光信号1400的采集产生干扰，使得无法准确检测光飞时间，进而无法得知待测体的准确位置。
由于只有当干扰光信号1500和反射光信号1400的脉冲周期相同时，干扰光信号1500才能对反射光信号1400造成实时干扰，而本实施例将光信号中一帧信号的时间长度内脉冲信号之间的脉冲间隔设置为随机值，从而一帧信号中的脉冲间隔在不断发生改变，并通过设置至少三个采集窗口来对反射光信号1400进行采集，而其同时采集的干扰光信号1500的脉冲周期与反射光信号1400的脉冲周期并不相同，因此可以有效降低干扰光信号1500对反射光信号1400的影响。
请参阅图7，在一个实施例中，控制模块12通过控制发射模块11发射一系列帧信号，使得光信号在一帧时间长度L51内包含具有不同脉冲间隔L52的随机脉冲信号，同时每帧信号内所包含的随机脉冲信号相同。例如，当第一帧信号内包含的脉冲间隔L52分别为100ns、700ns、500ns、800ns、300ns、200ns···时，第二帧信号内包含的脉冲间隔L52同为100ns、700ns、500ns、800ns、300ns、200ns···，依次类推，第P(P＝1，2，3···)帧信号内包含的脉冲间隔L52同为100ns、700ns、500ns、800ns、300ns、200ns···。
在一个实施例中，控制模块12还可以控制发射模块11发射一系列帧信号，使得光信号中的脉冲间隔L52为一直变化的数值，不具有任何周期性。例如，当第一帧信号内包含的脉冲间隔分别为100ns、700ns、500ns、800ns、300ns、200ns···时，第二帧信号内包含的脉冲间隔可能为700ns、100ns、600ns、300ns、500ns、200ns···，还可能为600ns、400ns、300ns、700ns、500ns、200ns···，在此不作限制，依次类推，在之后的每一帧信号中，脉冲间隔L52一直为随机变化的数值。当然，脉冲间隔L52也可以为其它随机数值(例如350nm、4500nm、2300nm等)，此处不作限制。
在本实施例中，干扰光信号1500只有处于时间区间L53内时才会对反射光信号1400造成干扰，因此，对于发射的帧信号而言，如设置光信号中第一脉冲信号与第二脉冲信号的脉冲间隔为100ns，一帧时间长度L51为3.3ms时，其干扰率基本为(100ns/3.3ms)＜0.001％，干扰率很小，可以忽略不计。
而当干扰光信号1500处于非时间区间L53内时，三个采集窗口采集的干扰光电信号均值基本相同。图9为根据本发明实施例的一种干扰光信号采集示意图二。图9包含第一采集窗口1201对干扰光信号1500的采集数据图(图9A)、第二采集窗口1202对干扰光信号1500的采集数据图(图9B)以及第三采集窗口1203对干扰光信号1500的采集数据图(图9C)。第一采集信号1301中每个脉冲信号采集到的电荷量为不确定值，记为Q1-k'(k＝1、2、3···)，其均值记为Q1'。第二采集信号1302中每个脉冲信号采集到的电荷量为不确定值，记为Q2-k'(k＝1、2、3···)，其均值记为Q2'。第三采集信号1303中每个脉冲信号采集到的电荷量为不确定值，记为Q0-k'(k＝1，2，3···)，其均值记为Q0'。由于在一帧时间内每个采集窗口中不同脉冲信号所采集到的电信号均为随机值，将满足每个采集窗口采集到的电荷值其均值相等，即满足Q1'＝Q2'＝Q0'。根据公式(1)可以得知，相关项可以相互抵消，得以下公式：
此时干扰光信号1500对检测结果无影响，从而有效抑制干扰光信号对反射回的光信号的干扰，进一步可以等效于无干扰情况，将可以准确检测光飞行时间，进而准确检测待测体的距离值。
需要说明的是，光信号中相邻脉冲信号的脉冲间隔L52必须至少大于多个采集窗口的脉冲宽度之和才可以使得多个采集窗口正常采集(当采集窗口的数量为三个时，光信号中相邻脉冲信号的脉冲间隔L52必须至少大于三个采集窗口脉宽之和)。此外，还需要说明的是，光信号中第一脉冲间隔T1还需根据具体需求进行合理设置，如在本实施例中，若要求在3m内的物体均可以被检测到，那么，相应的时间延迟最大为20ns(当检测距离为3m时)，此时，第一脉冲信号的脉宽Th(可参阅图8)需至少设置为20ns，才可实现TOF深度相机对3m内物体均可检测到的功能。
应当理解的是，在实际应用中，调制信号1300、第一采集信号1301以及第二采集信号1302以及第三采集信号1303的脉冲宽度可以不相同，且第一采集信号1301的脉冲宽度Th1、第二采集信号1302的脉冲宽度Th2以及第三采集信号1303的脉冲宽度Th3均不小于光发射信号的脉冲宽度Th，其计算方式与上述分析相似。在其它实施例中，采集窗口的数量还可以为其它值，并不仅限于上述的情形。
在获得了光信号的光飞行时间后，可以计算待测体的距离。
请参阅图4，步骤S14：根据光信号的飞行时间，计算待测体的距离，测物体的距离计算方式如下：
其中，L为待测体的距离，c为光速，Δt为光信号的飞行时间。
由于发射模块11和接收模块12之间的距离101通常仅为几毫米左右，远小于待测体20与深度相机10之间的距离，因此在计算时可以忽略，而简单采用上述公式(2)来计算。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例提供的抗干扰的距离测量方法的有益效果至少在于：通过随机改变光信号中脉冲间隔但保持脉冲宽度不变，可以有效抑制干扰光信号对反射光信号的干扰，使得深度相机检测结果的准确率得以提升，进而有效扩展了I-TOF技术的应用领域。同时在深度相机中设置至少三个采集窗口，并通过控制模块对多个采集窗口的采集时序进行控制，有效增大了深度相机的测量距离，同时实现了单个深度相机的测量距离可控的效果，可利用深度相机进行多距离的测量，极大提升了深度相机的应用范围。
图10是本发明一实施例提供的终端设备的示意图。如图10所示，该实施例的终端设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在存储器61中并可在处理器60上运行的计算机程序62，例如抗干扰的距离测量方法的程序。处理器60能执行计算机程序62时实现上述各个抗干扰的距离测量方法实施例中的步骤，例如图8所示的步骤S11至S13。或者，处理器60执行计算机程序62时实现上述各实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器61中，并由处理器60执行，以完成本发明。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序62在终端设备6中的执行过程。
终端设备6可以是计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于包括处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图10仅仅是终端设备6的示例，并不构成对终端设备6的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器61可以是终端设备6的内部存储单元，例如终端设备6的硬盘或内存。存储器61也可以是终端设备6的外部存储设备，例如终端设备6上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。
进一步地，存储器61还可以既包括终端设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器61用于存储计算机程序以及终端设备所需的其它程序和数据。存储器61还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
集成的模块/单元如果以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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指示相关的硬件来完成。其中，该计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个抗干扰的距离测量方法实施例的步骤。具体地，该计算机程序包括计算机程序代码，其中，该计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。
需说明的是，该计算机可读存储介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。还需要说明的是，该计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种抗干扰的距离测量方法，其特征在于，包括：
向待测体发射光信号，所述光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；
通过接收模块接收信号，其中，所述接收模块内设置有至少三个用于接收信号的采集窗口，各所述采集窗口时序不同；所述采集窗口采集的信号包括反射光信号和/或干扰光信号，所述反射光信号为由所述待测体将其接收的所述光信号反射出的光信号；
根据所述接收模块接收的信号，计算所述光信号的飞行时间，以获取所述待测体的距离。
2.如权利要求1所述的抗干扰的距离测量方法，其特征在于，所述通过接收模块接收信号的步骤中，所述接收模块的各所述采集窗口相继连续开启，且同一时刻只有一个所述采集窗口开启；
或者，
所述接收模块的同一所述采集窗口依不同时序连续开启。
3.如权利要求1或2所述的抗干扰的距离测量方法，其特征在于，所述计算所述光信号的飞行时间的步骤包括：
根据所述接收模块不同所述采集窗口采集的信号，计算对应的电信号强度；
根据所述电信号强度，计算所述光信号的飞行时间，计算方式如下：
M为所述接收模块中第一个接收到反射光信号的采集窗口序号，M为正整数、且小于或等于所述采集窗口的总个数；
N为采集窗口的总个数；
Q0为用于采集环境光的采集窗口采集的环境光对应的电信号强度；
Q0'为用于采集环境光的采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
QM为第一个接收到反射光信号的采集窗口采集的反射光信号对应的电信号强度；
QM'为第一个接收到反射光信号的采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
Qj为第j个采集窗口采集的反射光信号对应的电信号强度；
Qj'为第j个采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度；
Thi为第i个采集信号的脉冲宽度；
Th为所述光信号的脉冲宽度。
4.如权利要求3所述的抗干扰的距离测量方法，其特征在于，所述第j个采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度Qj'与所述用于采集环境光的采集窗口采集的干扰光信号对应的电信号强度Q0'相同。
5.如权利要求3所述的抗干扰的距离测量方法，其特征在于，所述计算所述光信号的飞行时间步骤后，所述抗干扰的距离测量方法还包括以下步骤：
根据所述光信号的飞行时间，计算所述待测体的距离，所述待测体的距离计算方式如下：
其中，L为所述待测体的距离；
c为光速；
Δt为光信号的飞行时间。
6.一种深度相机，其特征在于，包括：
发射模块，用于向待测体发射光信号；
接收模块，设有至少三个用于接收信号的采集窗口；
控制模块，所述控制模块用于控制所述发射模块发射所述光信号，所述光信号包括多个脉冲间隔随机变化、脉冲宽度相同的脉冲信号；
所述控制模块用于控制所述接收模块的采集窗口接收信号，其中一个所述采集窗口用于接收干扰光信号，其余所述采集窗口用于接收反射光信号以及干扰光信号，所述反射光信号为由所述待测体将其接收的所述光信号反射出的光信号；
所述控制模块用于根据所述接收模块接收的信号，获取所述光信号的飞行时间，以获取所述待测体的距离。
7.如权利要求6所述的深度相机，其特征在于，所述发射模块包括激光器、激光驱动器以及光调制器；
所述激光驱动器与所述激光器连接，用于驱动所述激光器发光；
所述光调制器与所述激光器连接，用于将所述激光器的光信号调制后向所述待测体发射。
8.如权利要求6所述的深度相机，其特征在于，所述接收模块包括沿光路设置的镜头、滤光片以及图像传感器，所述图像传感器设置有至少三个所述采集窗口。
9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述抗干扰的距离测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述的抗干扰的距离测量方法的步骤。
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