CN110609293A - 一种基于飞行时间的距离探测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于飞行时间的距离探测系统，包括有激光发射模块和激光接收模块；所述激光接收模块包括检测器和控制单元；激光发射模块向目标发射激光脉冲序列，检测器接收目标反射的光子而输出响应信号；控制单元包括时间数字转换器和控制器，控制器用于控制时间数字转换器进行测量第一TOF值以及第二TOF值；其中，第一TOF值用于与预定义的对应关系相匹配以调控检测器阵列中选定区域的SPAD的工作状态，第二TOF值用于计算目标与系统间的距离。本发明对目标物体进行两步式测试，以获取目标物体的精确TOF值，可克服因视差导致的测量不准，且可避免过多的SPAD工作引起功率消耗和噪声。

Description

一种基于飞行时间的距离探测系统和方法

技术领域

本发明涉及激光雷达距离探测技术领域，尤其涉及一种基于飞行时间的距离探测系统和方法。

背景技术

激光雷达距离探测系统主要采用飞行时间(TOF)测距技术，根据探测的原理不同可分为直接飞行时间技术和间接飞行时间技术。在直接飞行时间技术中，采用诸如脉冲激光器朝向目标物体发射激光脉冲，发射到目标物体上的激光脉冲发生散射或反射，检测器接收到一部分回波信号并进行处理，根据激光脉冲的发射时间与检测器检测到回波信号的时间差值计算出目标的飞行时间，从而获得目标物体的距离信息。

基于直接飞行时间技术的测距系统中，采用脉冲光源作为发射源，而单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列作为检测器，检测器探测到反射的回波信号并进行处理计算飞行时间。单光子雪崩光电二极管可以输出指示单个光子入射时间的信号，根据时间相关单光子计数(TCSPC)技术来计算出目标的飞行时间。

TCSPC技术依据统计学原理将信号周期内探测到光子看做一个随机事件，若探测到光子就在对应的存储单元记“1”并记录下对应信号周期内的时间。经过重复周期测量后建立起光子随时间分布的直方图，在直方图中会出现一个特征峰，该特征峰所对应的时间间隔就是目标的飞行时间。TCSPC技术用于飞行时间探测统计光子信号时，有着非常高的时间分辨率和近乎理想的探测效率具有较高的时间分辨率和探测准确率。

实际应用中，沿着给定方向发射的激光束反射回SPAD的位置将随着目标与系统的距离发生水平移动，即产生视差的问题，因视差问题的存在将会导致测量不准确。并且，根据目标距离不同，在引起响应的SPAD的数量也不相同，因此，如何保证SPAD得到充分利用，减少SPAD的功率消耗也是需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于飞行时间的距离探测系统和方法，以克服因视差问题存在的测量不准确，以及解决过多的SPAD工作时引起的功率消耗和噪声问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种基于飞行时间的距离探测系统，包括有激光发射模块、以及激光接收模块；所述激光发射模块包括有激光器，用于向目标发射激光脉冲序列；所述激光接收模块包括有检测器以及控制单元；其中，所述检测器为单光子检测器阵列，用于接收目标反射的光子而输出响应信号；所述控制单元包括有时间数字转换器和控制器，所述时间数字转换器用于接收所述响应信号并输出所述光脉冲从发射到被检测器接收的时间差值，其包括有粗测时间数字转换器和细测时间数字转换器；所述控制器与激光器、检测器和时间数字转换器相耦合，用于控制粗测时间数字转换器工作输出第一TOF值及控制所述细测时间数字转换器工作输出第二TOF值，其中，所述第一TOF值用于与预定义的对应关系相匹配以调控检测器阵列中选定区域的检测器的工作状态，所述第二TOF值用于计算目标与探测系统间的距离信息。

优选地，所述检测器包括多个SPAD阵列，激光脉冲在目标从最远距离处到最近距离处能够引起响应的一组SPAD为一个超像素，根据第一TOF值可确定响应光子的SPAD在超像素内的位置和数量。

优选地，所述控制单元还包括有分别连接至检测器的水平寻址电路和垂直寻址电路、连接控制器的控制电路、以及连接检测器输出的逻辑电路。

优选地，所述控制器包括有存储器和处理器；所述粗测时间数字转换器或细测时间数字转换器输出激光脉冲从发射到被检测器接收的时间差值到控制器，以存储于存储器中，存储器收集一系列激光脉冲的时间差值构建光子随时间分布的直方图。

优选地，所述粗测时间数字转换器和细测时间数字转换器分别连接于逻辑电路与控制器之间。

优选地，所述检测器包括多个单光子雪崩光电二极管阵列，控制电路与水平寻址电路和垂直寻址电路连接，以选择在指定命令下调控所述单光子雪崩光电二极管。

本发明另一技术方案为：

一种基于飞行时间的两步式距离探测方法，包括如下步骤：

S101、定位，确定超像素中具体的响应区域；

具体地，开启粗测时间数字转换器，关闭细测时间数字转换器，粗测时间数字转换器处于工作模式，其输出激光脉冲从发射到被接收的时间差，记为第一时间差，控制器接收连续脉冲的第一时间差进而在处理器中构建光子随时间分布的第一直方图，得到目标的第一TOF值；

S102、测试，获取TOF值；

具体地，开启细测时间数字转换器，关闭粗测时间数字转换器，根据步骤S101所得的第一TOF值与预定义的对应关系相匹配，调控检测器阵列中选定区域的检测器的工作状态，得到目标的第二TOF值，该第二TOF值即为目标的精确距离信息。

优选地，步骤S102中，所述检测器包括有多个单光子雪崩光电二极管，经目标反射的光子能够引起响应的一组单光子雪崩光电二极管为一个超像素，根据步骤S101确定目标在超像素上的成像位置和单光子雪崩光电二极管的数量，将未探测到反射光子的单光子雪崩光电二极管关闭。

本发明又一技术方案为：

一种深度成像方法，包括步骤：

S201、通过上述技术方案所述的两步式探测方法获取目标的TOF值，完成一帧图像的深度数据采集；

S202、重复执行S201中的测试，获取TOF值步骤，完成目标物体的多帧图像的深度数据采集，最后形成目标物体完整的深度图像。

优选地，步骤S202中，在下一帧图像开始采集时，如果处于工作状态的单光子雪崩光电二极管的数量和位置发生变化，则重复一次定位步骤，确定超像素中具体的响应区域，以新一次定位步骤获得的第一TOF作为后续多次精细测量的参考值。

本发明技术方案的有益效果是：

本发明采用TCSPC技术对目标物体进行两步式测试，以获取目标物体的精确TOF值，可克服因视差问题导致的测量不准确，且可避免过多的SPAD工作引起功率消耗和噪声。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明基于飞行时间的距离探测系统的原理模块图示；

图2是图1中的激光接收模块的原理模块图示；

图3是光子随时间分布的直方图；

图4是本发明一实施例激光束经目标反射在SPAD阵列上引起响应的超像素的示意图示；

图5是本发明另一实施例基于飞行时间的两步式距离探测方法的探测方式示意图示。

图6是本发明另一实施例基于飞行时间的两步式距离探测方法的流程图示。

图7是本发明又一实施例深度成像方法的流程图示。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，文中图示仅以示意方式说明本发明的基本构思，附图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形状、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所提出的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

为方便理解，先对基于TOF的测距系统相关知识作简单介绍说明。

基于直接飞行时间技术测距的激光雷达系统利用工作在盖革模式的单光子雪崩二极管(SPAD)探测光子并输出脉冲信号，通过时间数字转换电路(TDC)计算激光发射端发射光子时和探测器接收到光子时的时间间隔，然后采用时间相关单光子计数(TCSPC)技术计算目标物体与激光雷达系统之间的距离。在一些应用中，若干数量的SPAD常常被组合在一起形成“超像素”，这些SPAD同时处于工作状态，接收发射光束照射目标后反射的光子，所产生的脉冲信号组合于一起用于探测飞行时间。这些被致动的超像素是发射激光束按照一定方向传输到目标物体后，反射的光子预计会入射到SPAD的那些超像素。

基于TOF的测距系统通常有共轴和离轴两种模式，其中，在共轴模式的系统中，发射脉冲和反射脉冲的路径是同轴的，此时在一定方向上传输的激光束始终会反射回到同样的SPAD中，而不需要考虑目标与系统的距离问题。然而，在离轴系统中，发射端和接收端并排放置，在它们各自的光轴之间具有偏移，从而会导致视差问题的出现，即沿着给定方向发射的激光束反射回SPAD的位置将随着目标与系统的距离发生水平移动。

参照图1、图2所示，本发明一种基于飞行时间的距离探测系统10包括激光发射模块20、激光接收模块30。在本发明中已知系统能够探测到的最近距离和最远距离，目标物体到系统之间的距离与经目标物体反射的光子入射到SPAD阵列上的区域具有预定义的对应关系。

所述激光发射模块20用于向目标发射激光脉冲序列；所述激光接收模块30用于接收所述目标反射的光子而输出响应信号，其包括有检测器34以及控制单元32；所述控制单元32包括有时间数字转换器TDC以及控制器72；其中，所述时间数字转换器TDC包括有粗测时间数字转换器CTDC 68和细测时间数字转换器FTCD 70；所述控制器72与激光器22、检测器34和所述TDC相耦合，用于控制所述CTDC 68工作输出第一TOF值及控制所述FTDC 70工作输出第二TOF值；其中，所述第一TOF值用于与预定义的对应关系相匹配以调控检测器阵列中选定区域的所述检测器的工作状态，所述第二TOF值用于计算所述目标与所述探测系统的精确距离信息。

激光发射模块20包括激光器22以及控制激光光束的光学单元24。在一些实施例中，所述激光器22为脉冲激光器，用以向目标区域发射激光脉冲序列，具体可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列。所述光学单元24包括有透镜、振镜、扫描镜、以及反射镜，以用于减小光束的发散角、调整光束的偏转角度等。

激光接收模块30还包括有透镜单元36。所述检测器34用于检测从目标区域反射回的回波信号，其可以是光电倍增管、电荷耦合器件、单光子雪崩光电二极管等。在本实施例中，检测器34为SPAD阵列或其他类型的单光子检测器阵列，检测器检测到从目标反射回的光子并输出响应信号，控制单元32接收响应信号进行处理并根据预定义的对应关系调控SPAD的状态(工作或关闭)。透镜单元36将反射回波信号(即反射的激光光束)汇聚到SPAD阵列上。

图2是根据本发明一实施例示意性的给出激光接收模块30的图示，所述控制单元32还包括有分别连接至检测器34的水平寻址电路76和垂直寻址电路78、连接控制器72的控制电路74、连接检测器34输出的逻辑电路66；其中，所述CTDC 68和FTDC 70分别连接于逻辑电路66与控制器72之间。所述控制器72包括有存储器和处理器。所述检测器34包括多个SPAD 62阵列，控制电路74与水平寻址电路76和垂直寻址电路78连接，以选择在指定命令下调控SPAD 62。所述SPAD 62可通过设置偏压而处于工作状态，以便探测反射的光子而输出响应信号。

本发明实施例是通过控制器调控检测器阵列中的一个或多个选定区域中SPAD的工作状态，以解决视差偏离问题，其中一个选定区域中所有的SPAD组合在一起被称为“一个超像素”。

作为本发明一实施例，设定发射的一束激光脉冲在目标从最近距离处50到最远距离处52反射的光子能够引起响应的一组SPAD为一个超像素，即假设2×6个SPAD 62为一个超像素60，以给定方向出射的激光束经目标区域反射到超像素60。经目标反射的光子引起超像素60中的SPAD 62发生雪崩输出多个响应信号，逻辑电路66将所述多个响应信号经过逻辑运算并整形为一个信号输出。在一些实施例中，逻辑运算可包括与逻辑、或逻辑、异或逻辑等。

时间数字转换器(TDC)用于接收经逻辑电路66处理的响应信号并输出激光脉冲从发射到被检测器接收到的时间差值。在本发明实施例中，所述CTDC 68和FTDC 70的工作状态由控制器72调控。其中，CTDC 68的时间精度可以为1ns，其时间精度不高但测量范围较大；而FTDC 70的时间精度可以为62.5ps，测量范围有限但精度较高，通过两者的结合兼顾大范围和高精度的性能，以获取目标准确的距离信息。

所述CTDC 68或FTDC 70输出激光脉冲从发射到被检测器接收的时间差值到控制器72，以存储于存储器中，存储器收集一系列激光脉冲的时间差值构建光子随时间分布的直方图，根据直方图即可得到TOF值，即：直方图中出现的一个特征固定峰所对应的时间间隔就是测量的TOF值。图3示意性的给出了光子随时间分布的直方图。

在本实施例中，输出的TOF值可反馈到控制器72中，由控制器72根据预设定的方式调控CTDC 68和FTDC 70的工作模式，即何时启动CTDC 68工作，何时启动FTDC 70工作。同时，控制电路74根据反馈的TOF值调控超像素60中每一个SPAD 62的工作状态，以避免过多的SPAD工作引起功率消耗和噪声。

可以理解的是，以上说明中，检测器34和控制单元32内的各部件表示为单独的组件。然而，应了解，在一些实施例中，检测器34和控制单元32内的各部件也可设置为一个整体，比如可以集成在同一芯片传感器上。在一些实施例中，还可以设置一个超像素60与一个控制单元32对应连接，多个超像素60和多个控制单元分别集成到两个芯片上形成堆叠结构，其可以根据实际需要进行任意合理的配置。

图4是根据本发明一实施例发射的激光束经目标反射在SPAD阵列34上引起响应的超像素的示意性图示。假设系统10的探测距离范围在10cm到1m内。左侧的第一超像素601代表目标位于最远探测距离1m处时反射的光子入射到SPAD阵列上的位置；而右侧的第二超像素602代表目标位于最近探测距离10cm处时反射的光子入射到SPAD阵列上的位置。随着系统的探测距离从最近距离处向最远距离处移动，超像素的位置和大小沿着水平方向从第二超像素602逐渐移动至第一超像素601。

系统10发射的激光脉冲经目标反射的光子在SPAD阵列34上响应区域受到目标与系统之间距离的影响，距离远处的目标在SPAD阵列34上的响应区域相对于距离近处的响应区域沿水平方向产生位移。根据距离不同，在引起响应的响应区域的超像素60中的SPAD的数量也不相同，距离近时响应的SPAD数量多，而距离远时响应的SPAD数量少。本发明实施例通过控制电路74调控超像素中处于工作状态的SPAD的个数和位置，保证以较小数量的SPAD仍能够满足较近目标的距离探测，从而减少SPAD的功率消耗，同时使得在远距离探测时的背景噪声最小化。

作为本发明另一实施例一种基于飞行时间的两步式距离探测方法，图5示意性的给出了本实施例的探测方式。根据系统10的最远探测距离和最近探测距离对应可得到目标在探测范围内任意距离处反射光子的响应区域，在本实施例中，设定发射的一束激光脉冲在目标从最远距离处到最近距离处能够引起响应的一组SPAD为一个超像素，即假设2×6个SPAD 62为一个超像素60。

本发明另一实施例为一种基于飞行时间的两步式距离探测方法，包括如下步骤：

S101、定位，确定超像素中具体的响应区域；

具体地，控制器72调控超像素60中所有的SPAD 62处于工作状态，开启CTDC 68，关闭FTDC 70，CTDC 68处于工作模式。超像素60中的SPAD接收目标反射的光子输出响应信号，逻辑电路66将多个响应信号进行逻辑运算并整形输出至CTDC 68，CTDC 68接收第一响应信号并输出激光脉冲从发射到被接收的时间差，记为第一时间差。控制器72接收连续脉冲的第一时间差进而在处理器中构建光子随时间分布的第一直方图，第一直方图中具有一个固定特征峰，其所对应的时间间隔就是目标的第一TOF值，将第一TOF值存储在存储器中以供后续调用。

可以理解的是，距离探测系统确定后，则系统对应的测距范围(即系统能够探测到的最近距离和最远距离)就是已知的，即：可将系统的测距范围看作为系统内参。而对目标区域的一个像素，根据光的反射，激光束以一定方向发射到目标上再返回到检测器上的位置就是确定的，即经目标物体反射的光子入射到SPAD阵列上的区域是确定的。也就是说，系统能够探测到的最近距离和最远距离，以及目标物体到系统之间的距离与经目标物体反射的光子入射到SPAD阵列上的区域均具有预定义的对应关系。

通过步骤S101，由第一TOF值可以确定响应光子的SPAD在超像素内的大致位置和数量。

S102、测试，获取TOF值；

控制器72控制FTDC 70为工作模式，关闭CTDC 68，同时根据步骤S101所得的第一TOF值与预定义的对应关系相匹配，发布调控指令至控制电路74，由控制电路74控制超像素60内的SPAD 62的工作模式，以提高整体的信噪比。

具体地，根据定位步骤，确定目标在超像素60上的大致成像位置和SPAD 62的数量，控制电路74控制水平寻址电路76和垂直寻址电路78将未探测到反射光子的SPAD 62关闭，余下的处于工作状态的SPAD形成第三超像素603。经目标反射的光子射入到第三超像素603中的SPAD 62上并输出第二响应信号至FTDC 70中，FTDC 70接收第二响应信号并输出光脉冲从发射到被接收的时间差，记为第二时间差。FTDC 70测得的第二时间差输入控制器72，控制器72接收连续脉冲的第二时间差进而在处理器中构建光子随时间分布的第二直方图，第二直方图中具有一个固定特征峰，其所对应的时间间隔就是目标的第二TOF值，即目标的精确距离信息。

本发明又一实施例为一种深度成像方法，包括如下步骤：

S201、通过上述实施例的两步式测量方案获取目标的TOF值，完成一帧图像的深度数据采集；

具体地，步骤S201中包括：

S2011、定位，确定超像素中具体的响应区域；具体地，调控超像素60中的SPAD处于工作状态，CTDC 68处于工作模式，FTDC 70关闭，控制器72根据光子随时间分布的直方图计算出第一TOF值确定响应区域的大致位置，该TOF值存储在存储器中以供后续调用；

S2012、测试，获取TOF值，根据步骤S2011确定响应区域的大致位置，控制启动FTDC70，使其处于工作模式，关闭CTDC 68，同时调控超像素60内未响应到的SPAD 62关闭，FTDC70测得第二时间差，将测得的第二时间差输入控制器72内得出第二TOF值，从而完成目标物体一帧图像的采集。

S202、重复上述步骤S201，完成目标物体的多帧图像的深度数据采集，最后形成目标物体完整的深度图像。

在实际测试中，测完一帧图像所需要的时间非常短，可能低于1ms，主要受到实际的工作场景和测距距离的影响。由于时间短，可以认为在探测的过程中物体是不动的，因此多次的重复步骤S2011过程是不必要的过程，可以在测试过程中省略掉。当然可以理解的是，步骤S202中，也可以不断重复步骤S2011，完成目标物体的多帧图像的深度数据采集，最后形成目标物体完整的深度图像。

作为本发明一实施例，步骤S202中，在下一帧图像开始采集时，如果超像素中处于工作状态的SPAD的数量和位置处于匹配状态，则不再重复S2011定位步骤，即直接重复步骤S2012测试步骤中的测试过程，完成图像的采集。重复步骤S2012中的测试过程进行N次测试后，完成整个目标的图像采集，其中N的值可预定设置或利用外部控制器控制。在一些实施例中，N值设定过大时可能出现物体的位置会发生移动的情况，此时重复调用定位步骤的第一TOF值不够准确，因此，可通过设置重复步骤S2012的测试过程一定次数后执行一次S2011定位步骤，以新一次定位步骤获得的第一TOF作为后续多次测试的参考值。

作为本发明一实施例，给出了一种自动配置方式，通过在控制器72中通过预定义的模式实现，也可外接另一个控制器单独控制来实现。通过这种智能化配置模式可以减少测试中由于物体移动带来的误差。其具体测试步骤为：

首先进行一次定位加一次测试的组合完成一帧图像的采集，此步骤与上述实施例的步骤相同。额外的，在步骤S2012过程中，控制器控制超像素输出的响应信号经过逻辑电路66进行逻辑运算前统计信号响应的数量，记为M；在下一帧图像开始采集时，直接控制FTDC进行一次测试获得一个第三TOF值，在此次检测过程中，记录超像素输出的响应信号数量，若数量值小于记录的值M，则说明光斑成像位置已偏移出所选的SPAD阵列的位置，即此次测试不准确，则控制器72发送指令到控制电路74调控一个超像素60内所有SPAD工作，并控制CTDC 68工作，进行一次定位步骤重新获取目标的大致飞行时间。随后调用此次定位步骤的TOF值进行多次测试以获取目标的完整深度图像。整个过程通过智能调控定位步骤和测试步骤的结合，即能够保证准确性又具有高效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例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，即将所述设备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，也可以采用硬件结合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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于飞行时间的距离探测系统，包括有激光发射模块、以及激光接收模块，其特征在于：

所述激光发射模块包括有激光器，朝向目标发射激光脉冲序列；

所述激光接收模块包括有检测器以及控制单元；

其中，所述检测器为单光子检测器阵列，接收目标反射的光子而输出响应信号；

所述控制单元包括有时间数字转换器和控制器，所述时间数字转换器用于接收所述响应信号并输出所述光脉冲从发射到被检测器接收的时间差值，其包括有粗测时间数字转换器和细测时间数字转换器；

所述控制器与激光器、检测器和时间数字转换器相耦合，用于控制粗测时间数字转换器工作输出第一TOF值及控制所述细测时间数字转换器工作输出第二TOF值；

其中，所述第一TOF值与预定义的对应关系相匹配用于调控检测器阵列中选定区域的检测器的工作状态，所述第二TOF值用于计算目标与探测系统间的距离信息。

2.根据权利要求1所述的基于飞行时间的距离探测系统，其特征在于：所述检测器包括多个SPAD阵列，激光脉冲在目标从最远距离处到最近距离处能够引起响应的一组SPAD为一个超像素，根据第一TOF值可确定响应光子的SPAD在超像素内的位置和数量。

3.根据权利要求1所述的基于飞行时间的距离探测系统，其特征在于：所述控制单元还包括有分别连接至检测器的水平寻址电路和垂直寻址电路、连接控制器的控制电路、以及连接检测器输出的逻辑电路。

4.根据权利要求1所述的基于飞行时间的距离探测系统，其特征在于：所述控制器包括有存储器和处理器；所述粗测时间数字转换器或细测时间数字转换器输出激光脉冲从发射到被检测器接收的时间差值到控制器，以存储于存储器中，存储器收集一系列激光脉冲的时间差值构建光子随时间分布的直方图。

5.根据权利要求3所述的基于飞行时间的距离探测系统，其特征在于：所述粗测时间数字转换器和细测时间数字转换器分别连接于逻辑电路与控制器之间。

6.根据权利要求3所述的基于飞行时间的距离探测系统，其特征在于：所述检测器包括多个单光子雪崩光电二极管阵列，控制电路与水平寻址电路和垂直寻址电路连接，以选择在指定命令下调控所述单光子雪崩光电二极管。

7.一种基于飞行时间的两步式距离探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S101、定位，确定超像素中具体的响应区域；

具体地，开启粗测时间数字转换器，关闭细测时间数字转换器，粗测时间数字转换器处于工作模式，其输出激光脉冲从发射到被接收的时间差，记为第一时间差，控制器接收连续脉冲的第一时间差进而在处理器中构建光子随时间分布的第一直方图，得到目标的第一TOF值；

S102、测试，获取TOF值；

具体地，开启细测时间数字转换器，关闭粗测时间数字转换器，根据步骤S101所得的第一TOF值与预定义的对应关系相匹配，调控检测器阵列中选定区域的检测器的工作状态，得到目标的第二TOF值，该第二TOF值即为目标的精确距离信息。

8.根据权利要求7所述的基于飞行时间的两步式距离探测方法，其特征在于：步骤S102中，所述检测器包括有多个单光子雪崩光电二极管，经目标反射的光子能够引起响应的一组单光子雪崩光电二极管为一个超像素，根据步骤S101确定目标在超像素上的成像位置和单光子雪崩光电二极管的数量，将未探测到反射光子的单光子雪崩光电二极管关闭。

9.一种深度成像方法，其特征在于，包括步骤：

S201、通过上述权利要求7或8所述的两步式探测方法获取目标的TOF值，完成一帧图像的深度数据采集；

S202、重复执行S201中的测试，获取TOF值步骤，完成目标物体的多帧图像的深度数据采集，最后形成目标物体完整的深度图像。

10.根据权利要求9所述的深度成像方法，其特征在于：步骤S202中，在下一帧图像开始采集时，如果处于工作状态的单光子雪崩光电二极管的数量和位置发生变化，则重复一次定位步骤，确定超像素中具体的响应区域，以新一次定位步骤获得的第一TOF作为后续多次测量的参考值。