CN110677596A - 环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置 - Google Patents

环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置 Download PDF

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CN110677596A CN201911066629.5A CN201911066629A CN110677596A CN 110677596 A CN110677596 A CN 110677596A CN 201911066629 A CN201911066629 A CN 201911066629A CN 110677596 A CN110677596 A CN 110677596A
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intensity
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photon avalanche
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臧凯
马志洁
李爽
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Shenzhen Lingming Photon Technology Co Ltd
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    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche

Abstract

本发明涉及一种环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置，所述模组包括：环境光检测单元，用于检测环境光的强度值；调节装置，用于调节所述图像传感器接收光的强度；控制器，分别与所述环境光检测单元和所述调节装置连接，用于基于所述强度值控制所述调节装置调节所述图像传感器接收光的强度。通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。

Description

环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置。
背景技术
随着半导体成像技术的日益发展，半导体图像传感器因其体积小、能耗低及灵敏度高等诸多优点被广泛应用于数码相机、手机、医疗成像设备、安检设备、测距相机等各种电子设备中。
然而，传统的基于飞行时间的相机(Time of Flight，TOF)系统或激光雷达测距系统等测量深度或距离信息装置的图像传感器中，需要用到激光发射器来进行红外激光照明，如果环境光太强，会使得被检测的目标信号中的噪声过大，导致对目标信号的测量结果不准确，并且在环境光强度较高的情况下可能导致图像传感器无法正常工作，造成图像传感器的应用范围受到限制。
发明内容
基于此，有必要针对上述背景技术中环境光对图像传感器的测量精度与应用范围造成不良影响的技术问题，提供一种具备自动调节接收光的强度的环境光调节装置、方法、图像传感器及电子装置。
本申请的一方面提供一种环境光调节装置，包括：
环境光检测单元，用于检测环境光的强度值；
调节装置，用于调节所述图像传感器接收光的强度；以及
控制器，分别与所述环境光检测单元和所述调节装置连接，用于基于所述强度值控制所述调节装置调节所述图像传感器接收光的强度。
于上述实施例中的环境光调节装置中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
在其中一个实施例中，所述图像传感器中包括：
第一单光子雪崩二极管阵列，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及
第一时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，所述环境光检测单元包括光电二极管或环境光传感器中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述环境光检测单元设置于所述图像传感器的外侧。
在其中一个实施例中，所述环境光检测单元包括：
第二单光子雪崩二极管阵列，用于探测环境光的强度；以及
第二时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第二单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到环境光的强度。
在其中一个实施例中，所述第一单光子雪崩二极管阵列包括至少两个子信号区域，各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加。
在其中一个实施例中，所述控制器被配置为当所探测强度值大于或等于预设的阈值时，控制所述调节装置减弱所述图像传感器接收光的强度和/或降低所述图像传感器工作的偏置电压。
在其中一个实施例中，所述调节装置包括：
遮光器，其上设置有光圈，用于随电机运动以改变所述光圈的横截面积，进而调节所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，所述调节装置包括：
至少两个衰减片，用于分别与电机连接，通过改变覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量、型号或位置来调节所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，所述控制器被配置为：
将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000031
其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数，则
Figure BDA0002259573660000032
为：
基于所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000034
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure BDA0002259573660000035
在其中一个实施例中，所述控制器被配置为在将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000036
之后：
将所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000037
经过匹配滤波获取
Figure BDA0002259573660000038
基于
Figure BDA0002259573660000039
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure BDA0002259573660000041
本申请的一方面提供一种图像传感器，包括根据任意一个本申请实施例中所述的环境光调节装置，用于根据所述环境光检测单元检测的环境光的强度值调节所述图像传感器接收光的强度。
于上述实施例中的种图像传感器中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
本申请的一方面提供一种电子装置，包括根据任意一个本申请实施例中所述的图像传感器环境光调节装置，用于根据所述环境光检测单元检测的环境光的强度值调节所述图像传感器接收光的强度。
于上述实施例中的电子装置中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了电子装置接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了电子装置因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
本申请的另一方面提供一种环境光调节方法，适用于图像传感器，包括：
基于环境光检测单元检测环境光的强度值；
基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度。
于上述实施例中的环境光调节方法中，通过环境光检测单元检测环境光的强度值，然后基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了接收光的强度过高导致检测的目标信号中的噪声过大而使得测量结果不准确，同时也避免了因环境光强度过高造成的不能正常测量目标信号的情况发生。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述图像传感器中包括：
第一单光子雪崩二极管阵列，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及
第一时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述环境光检测单元包括光电二极管或环境光传感器中的至少一种。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述环境光检测单元包括：
第二单光子雪崩二极管阵列，用于探测环境光的强度；以及
第二时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第二单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到环境光的强度。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述第一单光子雪崩二极管阵列包括至少两个子信号区域，各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述调节装置包括：
遮光器，其上设置有光圈，用于随电机运动以改变所述光圈的横截面积，进而调节所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，所述调节装置包括：
至少两个衰减片，用于分别与电机连接，通过改变覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量、型号或位置来调节所述图像传感器接收光的强度。
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，当所探测强度值大于或等于预设的阈值时，控制所述调节装置减弱所述图像传感器接收光的强度和/或降低所述图像传感器工作的偏置电压。
在其中一个实施例中，所述环境光调节方法中还包括：
将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000061
其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数，则
Figure BDA0002259573660000069
为：
Figure BDA0002259573660000063
基于所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000064
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure BDA0002259573660000065
在其中一个实施例中，于所述环境光调节方法中，在将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计之后，还包括：
将所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000067
经过匹配滤波后
Figure BDA0002259573660000068
于上述实施例中的环境光调节方法中，通过环境光检测单元检测环境光的强度值，然后基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了接收光的强度过高导致检测的目标信号中的噪声过大而使得测量结果不准确，同时也避免了因环境光强度过高造成的不能正常测量目标信号的情况发生。由于在环境光检测单元中采用了单光子雪崩二极管阵列采集光信号，并将其输出信号依次通过Coates校正算法和匹配滤波器滤波以进一步去除采集信号中的噪声信号，有效地提取了采集信号中的特征值，提高了对特征信号识别的精度，进而提高了测量的深度信息的准确性和/或精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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实施例的附图。
图1为本申请一个实施例中提供的一种环境光调节装置的结构示意图。
图2为本申请另一个实施例中提供的一种环境光调节装置的结构示意图。
图3为本申请一个实施例中提供的一种遮光器的结构示意图。
图4为本申请一个实施例中提供的一种电子装置的结构示意图。
图5为本申请一个实施例中提供的一种环境光调节方法的流程图。
图6为本申请另一个实施例中提供的一种环境光调节方法的流程图。
图7为本申请一个实施例中在环境光强度值为10kLux的情况下SPAD阵列被入射光触发次数的统计直方图。
图8为将图7中的信号经过Coates校正后得到的仿真图。
图9为将图8中的信号经过匹配滤波后得到的仿真图。
图10为本申请一个实施例中在环境光强度值为100kLux的情况下SPAD阵列被入射光触发次数的统计直方图。
图11为与图10中相同情况下采用本申请实施例中的环境光调节装置调节后的图像传感器获取的入射光信号的统计直方图。
图12为将图10中的信号经过Coates校正后得到的仿真图。
图13为将图12中的信号经过匹配滤波后得到的仿真图。
图14为将图11中的信号经过Coates校正后得到的仿真图。
图15为将图14中的信号经过匹配滤波后得到的仿真图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。
在本申请中，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。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。
如图1所示，在本申请的一个实施例中提供的应用于图像传感器中的环境光调节装置中包括：环境光检测单元10，用于检测环境光的强度值；调节装置20，用于调节所述图像传感器接收光的强度；及控制器30，分别与环境光检测单元10和调节装置20连接，用于基于所述强度值控制所述调节装置调节所述图像传感器接收光的强度。
环境光检测单元10一般采用半导体器件，主要用于采集光信号，并将采集的光信号转化为电信号，然后根据电信号间接判断检测光的强度值。
调节装置20可以包括遮光器或衰减片等光学元件中的至少一种，用于调节所述图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度属于图像传感器的较佳工作范围区间。
具体地，可以将环境光调节装置100置于图像传感器或电子元器件的外部或内部，用于检测环境光的强度值，并基于检测的环境光的强度值控制调节装置调节图像传感器或电子元器件接收光的强度值。例如，当控制器30获取的环境光检测单元10检测的环境光的强度值大于或等于预设的阈值，说明环境光的强度值已经超过图像传感器的较佳工作范围区间，控制器30可以控制调节装置减弱图像传感器接收光的强度；当控制器30获取的环境光检测单元10检测的环境光的强度值小于或等于预设的阈值，说明环境光的强度值已经低于图像传感器或电子元器件的较佳工作范围区间对环境光强度的要求，控制器30可以控制调节装置20增加图像传感器或电子元器件接收光的强度值，例如可以增加接收光的面积或减小对入射光的折射率等等，使得图像传感器接收光的强度值满足较佳工作范围区间的需求。
于上述实施例中的环境光调节装置中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于检测的强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度值满足图像传感器较佳工作状态的需求。避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
进一步地，在本申请的一个实施例中，提供了一种应用图1中示意的环境光调节装置的图像传感器中包括：第一单光子雪崩二极管阵列(未图示)，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及第一时间数字转化器(未图示)，与控制器(未图示)连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
进一步地，在本申请的一个实施例中提供的环境光调节装置中，环境光检测单元可以包括光电二极管(Photo-Diode，PD)或环境光传感器(Ambient Light Sensor，ALS)中的至少一种，在本实施例中，优选将光电二极管和/或环境光传感器设置于图像传感器的外侧，且与控制器连接，以便于更好地采集并转化光信号为电信号，以提高对环境光强度值检测的准确性。本实施例中利用了光电二极管和/或环境光传感器优良的光电转化特性，通过将采集的环境光转化为电信号来间接测量检测的环境光的强度，测量方法简单且精度高。
如图2所示，在本申请的一个实施例中提供的环境光调节装置中，环境光检测单元10可以包括第二单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)阵列11和第二时间数字转化器(Time to digital converter，TDC)12，其中，第二SPAD阵列11与第二时间数字转化器12之间通信连接，用于计算第二SPAD阵列11被触发的次数；第二时间数字转化器12与控制器30连接，用于将获取的第二SPAD阵列11被触发的次数传递给控制器30。在本实施例中，优选设置第二单光子雪崩二极管阵列包括呈阵列排布的单光子雪崩二极管。SPAD是个二进制器件，它是把一个PN结偏置在接近雪崩的偏压下，微弱光信号所激发的少量载流子通过接近雪崩的场区，由于碰撞电离而数量倍增，因而得到一个较大的电信号。因此，SPAD只有“有输出信号”和“没有输出信号”两个状态，本实施例中采用第二时间数字转化器12记录SPAD阵列11被触发的次数来间接测量入射光的强度。单光子雪崩二极管具有对光的极高的灵敏度，可以将包含有第二单光子雪崩二极管阵列11的环境光检测单元10设置于图像传感器的内部或外部。本实施例中利用了单光子雪崩二极管优良的光电转化特性，将其与时间数字转化器结合，通过时间数字转化器来记录单光子雪崩二极管阵列被触发的总次数来间接测量检测的环境光的强度，测量方法简单且精度高。
进一步地，于上述实施例中的环境光调节装置中，第一单光子雪崩二极管阵列包括至少两个子信号区域，各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加。例如，如果原始的图像传感器采用一个80×60的SPAD阵列，可以将每4个SPAD子单元绑定在一起，则会有40×30个信号输出。每4个SPAD子单元中的各SPAD的输出信号相互叠加，形成该子信号区域的输出信号。通过将第一单光子雪崩二极管阵列划分成若干个子信号区域，且各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加的形式，使得每个子信号区域内采集的信号强度提高，进而提高了采用本实施例中所述的环境光调节装置的图像传感器获取图像的质量。
进一步地，于上述实施例中的环境光调节装置中，调节装置可以包括如图3中所示的遮光器21，遮光器21上设置有光圈211，通过调节光圈211的横截面积的大小可以增减入射光的强度。在本实施例中，可以设置光圈211与直流伺服电机(未图示)连接，通过控制直流伺服电机动作带动光圈211动作以增减光圈的横截面积，进而调节图像传感器接收光的强度。在本申请的其他实施例中，也可以改变遮光器的衰减率，例如可以使用液晶或相变材料制作遮光器。当环境光检测单元检测光的强度值大于或等于预设的阈值时，控制器可以控制直流伺服电机动作以带动光圈减小光圈的横截面积，以降低入射光的强度；反之，可以控制直流伺服电机向相反的方向动作以带动光圈增加光圈的横截面积，以提高入射光的强度。
进一步地，于上述实施例中的环境光调节装置中，调节装置可以包括至少两个衰减片，各衰减片的型号可以相同也可以不同，通过增减覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量，和/或改变覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的型号，和/或改变覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的位置来调节所述图像传感器接收光的强度。例如可以设置多个不同的衰减片，调节使用的衰减片的数量；可以是设置两个偏振的衰减片相对旋转以改变衰减片的位置；也可以是调节使用的衰减片的型号。
具体地，衰减片可以是对入射光具有较强的反射和/或折射性能的光学元件，通过增加使用的衰减片的数量，可以有效地降低图像传感器接收光的强度，反之，可以增加图像传感器接收光的强度。在本实施例中，例如可以设置衰减片与直流伺服电机连接，通过控制直流伺服电机动作带动衰减片动作以覆盖于图像传感器的上表面来控制降低图像传感器接收光的强度；或通过控制直流伺服电机动作带动衰减片从覆盖于图像传感器的上表面移走以增加图像传感器接收光的强度。
具体地，于上述实施例中的环境光调节装置中，例如，当环境光检测单元采用SPAD阵列与时间数字转化器共同作用来检测入射光的强度时，首先，在没有激光器发射信号照射的情况下，在环境光强度值为10kLux的情况下，通过时间数字转化器来记录SPAD阵列被环境光触发的次数，重复多次测量，得到SPAD阵列被环境光触发的统计直方图，进而判断环境光的强度。可以根据SPAD阵列的较佳工作状态对入射光强度的需求，制定本申请中的环境光调节装置在不同环境光强度值下需要使用的光圈的横截面积值，和/或使用的衰减片的型号及对应的数量值，和/或SPAD阵列工作的偏置电压值，可以制定具体的环境光强度值与需要使用的光圈的横截面积值，和/或使用的衰减片的型号及对应的数量值，和/或SPAD阵列工作的偏置电压值的对照表，设置控制器根据所述对照表的具体数值来控制调节装置根据环境光检测单元检测的具体光强值来控制调节装置中的遮光器的光圈的横截面积、和/或衰减器的数量，和/或控制SPAD阵列工作的偏置电压值。
于上述实施例中的环境光调节装置中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度符合图像传感器较佳的工作范围区间的要求，避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
进一步地，在本申请的一个实施例中提供的环境光调节装置中，所述控制器被配置为：
将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000131
其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数。
基于所述入射光强度值随时间变化的估计获取目标物体与所述图像传感器的距离值d：
其中，Δt为时间戳的精度，c为光速。
进一步地，在本申请的一个实施例中提供的环境光调节装置中，所述控制器被配置为在将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000142
之后，将所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000143
经过匹配滤波获取
Figure BDA0002259573660000144
基于
Figure BDA0002259573660000145
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
在本申请的一个实施例中提供的一种图像传感器中，包括任一本申请实施例中所述的环境光调节装置，用于根据所述环境光检测单元检测的环境光的强度值调节所述图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度值满足其较佳工作状态的需求。
在本申请的一个实施例中提供的一种电子装置中，包括任一本申请实施例中所述的环境光调节装置，用于根据所述环境光检测单元检测的环境光的强度值调节所述图像传感器接收光的强度，使得电子装置接收光的强度值满足其较佳工作状态的需求，以及激光发射器，用于发射激光信号。
具体地，在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述电子装置可以为激光雷达200，可以根据环境光调节装置100中的环境光检测单元(未图示)探测的环境光强弱，适当地调节激光器发射40的信号功率，达到合适的信噪比，避免了盲目地提高信号功率而增加产品的功耗。
本申请实施例中的控制器可以包括单片机、车载PLC、ARM、DSP、可编程逻辑控制器等中的至少一种。
本申请的一个实施例中提供一种环境光调节方法，适用于图像传感器，如图5所示，包括：
步骤202：基于环境光检测单元检测环境光的强度值。
可以在图像传感器的内部或外部设置环境光检测单元来检测环境光的强度值，并设置环境光检测单元与控制器连接。环境光检测单元可以采用半导体器件，主要用于采集光信号，并将采集的光信号转化为电信号传输给控制器，然后根据电信号间接判断检测光的强度值。
步骤204：基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度。
具体地，可以设置调节装置包括如图3中所示的遮光器，当环境光检测单元检测光的强度值大于或等于预设的阈值时，控制器可以控制直流伺服电机动作以带动光圈减小光圈的横截面积，以降低入射光的强度；反之，可以控制直流伺服电机向相反的方向动作以带动光圈增加光圈的横截面积，以提高入射光的强度。
进一步地，上述实施例中的环境光调节方法中包括：第一单光子雪崩二极管阵列(未图示)，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及第一时间数字转化器(未图示)，与控制器(未图示)连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
进一步地，上述实施例中的环境光调节方法中还可以设置调节装置包括至少两个衰减片，通过增减覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量来调节图像传感器接收光的强度。
具体地，于上述实施例中的环境光调节方法中，衰减片可以是对入射光具有较强的反射和/或折射性能的光学元件，通过增加使用的衰减片的数量，可以有效地降低图像传感器接收光的强度，反之，可以增加图像传感器接收光的强度。在本实施例中，例如可以设置衰减片与直流伺服电机连接，通过控制直流伺服电机动作带动衰减片动作以覆盖于图像传感器的上表面以降低图像传感器接收光的强度；或通过控制直流伺服电机动作带动衰减片从覆盖于图像传感器的上表面移走以增加图像传感器接收光的强度。
具体地，于上述实施例中的环境光调节方法中，例如，当环境光检测单元采用SPAD阵列与时间数字转化器共同作用来检测入射光的强度时，首先，在没有激光器发射信号照射的情况下，在环境光强度值为10kLux的情况下，通过时间数字转化器来记录SPAD阵列被环境光触发的次数，重复多次测量，得到SPAD阵列被环境光触发的统计直方图，进而判断环境光的强度。可以根据SPAD阵列的较佳工作状态对入射光强度的需求，制定本申请中的环境光调节装置在不同环境光强度值下需要使用的光圈的横截面积值，和/或使用的衰减片的型号及对应的数量值，和/或SPAD阵列工作的偏置电压值，可以制定具体的环境光强度值与需要使用的光圈的横截面积值，和/或使用的衰减片的型号及对应的数量值，和/或SPAD阵列工作的偏置电压值的对照表，设置控制器根据所述对照表的具体数值来控制调节装置根据环境光检测单元检测的具体光强值来控制调节装置中的遮光器的光圈的横截面积、和/或衰减器的数量，和/或控制SPAD阵列工作的偏置电压值。
于上述实施例中的环境光调节方法中，由于设置了用于检测环境光的强度值的环境光检测单元，通过控制器基于所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度符合图像传感器较佳的工作范围区间的要求，避免了图像传感器接收光的强度过高使得检测的目标信号中的噪声过大而导致测量结果不准确，同时也避免了图像传感器因环境光强度过高造成的不能正常工作的情况发生。
在本申请一个实施例中的环境光调节方法中，环境光检测单元可以包括光电二极管或环境光传感器中的至少一种，在本实施例中，优选将光电二极管和/或环境光传感器设置于图像传感器的外侧，且与控制器连接，以便于更好地采集并转化光信号为电信号，以提高对环境光强度值检测的准确性。本实施例中利用了光电二极管和/或环境光传感器优良的光电转化特性，通过将采集的环境光转化为电信号来间接测量检测的环境光的强度，测量方法简单且精度高。
进一步地，于上述实施例中的环境光调节方法中，环境光检测单元可以包括如图2中所示的单光子雪崩二极管阵列和时间数字转化器。本实施例利用了单光子雪崩二极管优良的光电转化特性，将其与时间数字转化器结合，通过时间数字转化器来记录单光子雪崩二极管阵列被触发的总次数来间接测量检测的环境光的强度，测量方法简单且精度高。
于上述实施例中的环境光调节方法中，通过环境光检测单元检测环境光的强度值，然后基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，使得图像传感器接收光的强度值满足较佳工作范围区间对环境光强度的需求，避免了接收光的强度过高导致检测的目标信号中的噪声过大而使得测量结果不准确，同时也避免了因环境光强度过高造成的不能正常测量目标信号的情况发生。
进一步地，如图6所示，在本申请的一个实施例中提供的一种环境光调节方法中，所述基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度还包括：
步骤2041：当所探测强度值大于或等于预设的阈值时，控制所述调节装置减弱所述图像传感器接收光的强度和/或降低所述图像传感器工作的偏置电压。
具体地，当环境光检测单元检测光的强度值大于或等于预设的阈值时，控制器可以控制直流伺服电机动作以带动光圈减小光圈的横截面积，以降低入射光的强度；反之，可以控制直流伺服电机向相反的方向动作以带动光圈增加光圈的横截面积，以提高入射光的强度。由于环境光检测单元一般采用半导体器件，一些半导体器件在一定的偏置电压范围内，提高偏置电压的幅值可以提高其感光灵敏度。因此，当接收的强度值大于或等于预设的阈值时，控制器可以控制调节装置减弱图像传感器接收光的强度和/或降低图像传感器工作的偏置电压，来降低图像传感器接收光的强度值，使得图像传感器接收光的强度值满足较佳工作范围区间对环境光强度的需求。
本申请的一个实施例中提供的一种环境光调节方法还包括：
步骤205：将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure BDA0002259573660000181
Figure BDA0002259573660000182
其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数。
步骤207：基于获取目标物体与所述图像传感器的距离值d：
Figure BDA0002259573660000184
其中，Δt为时间戳的精度，c为光速。
进一步地，于上述实施例中的环境光调节方法中，在步骤205之后还包括：
步骤206：将所述入射光强度值随时间变化的估计经过匹配滤波后得到估计
基于
Figure BDA0002259573660000187
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d：
Figure BDA0002259573660000191
其中，Δt为时间戳的精度，c为光速。
具体地，可以将本实施例中提供的环境光调节方法应用于测距芯片、深度成像芯片和飞行时间(Time Of Flight，TOF)芯片等，例如，本实施例中的环境光调节装置中采用SPAD阵列和时间数字转化器共同配合来检测环境光的强度。图7为在环境光强度值为10kLux的情况下环境光检测单元获取的SPAD阵列被入射光触发次数的统计直方图，图8为将图7中的信号经过Coates校正后得到的仿真图，通过对比图7与图8可以发现，经过Coates校正后的信号波形曲线相对于Coates校正之前更加平滑，并且信号的特征值更加明显。图9为将图8中的信号经过匹配滤波后得到的仿真图，通过对比图8与图7可以发现，经过匹配滤波后的信号波形曲线相对于匹配滤波之前更加平滑，并且信号的特征值更加明显，通过匹配滤波将采集到的信号中的噪声信号很好地滤出。因此采用Coates校正与匹配滤波步骤的环境光调节方法可以很好地滤出采集到的入射光信号中的噪声信号，能够更好地提取目标信号，提高了采用本申请实施例中的环境光调节方法的图像传感器或电子装置测量结果的准确性。
图10为在环境光强度值为100kLux的情况下环境光检测单元获取的SPAD阵列被入射光触发次数的统计直方图。通过图10可以看出此时的SPAD阵列采集的光信号中包含大量的噪声信号，SPAD阵列处于非正常工作状态。图11为与图10中相同情况下采用本申请实施例中的环境光调节装置调节后的图像传感器获取的入射光信号的统计直方图，通过图11可以发现，环境光调节装置对采集到的环境光进行了自动衰减调节，使得图像传感器接收的入射光符合其自身较佳工作状态对光强度的需求。图12为将图10中信号经过Coates校正后得到的仿真图，通过对比图12与图10可以发现，经过Coates校正后的信号波形曲线相对于Coates校正之前更加平滑，但是仍然包含大量的噪声信号。图13为将图12中信号经过匹配滤波后得到的仿真图，通过对比图12与图13可以发现，经过匹配滤波后的信号波形曲线相对于匹配滤波之前更加平滑，但是图像传感器仍然很难确定目标信号的位置。图14为将图11中信号经过Coates校正后得到的仿真图，通过对比图14与图11可以发现，经过Coates校正后的信号波形曲线相对于Coates校正之前更加平滑，但是仍然包含大量的噪声信号。图15为将图14中信号经过匹配滤波后得到的仿真图，通过对比图14与图15可以发现，经过匹配滤波后的信号波形曲线相对于匹配滤波之前更加平滑，且可以图像传感器可以准确确认目标信号的位置。因此，采用本申请实施例中的环境调节方法或装置的图像传感器能够在环境光超过预设的阈值时自动调节环境光以满足图像传感器较佳工作状态对入射光强度的需求。
关于上述实施例中的环境光调节方法的具体限定可以参见上文中对于环境光调节装置的限定，在此不再赘述。
于上述实施例中的环境光调节方法中，通过环境光检测单元检测环境光的强度值，然后基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度，避免了接收光的强度过高导致检测的目标信号中的噪声过大而使得测量结果不准确，同时也避免了因环境光强度过高造成的不能正常测量目标信号的情况发生。由于在环境光检测单元中采用了单光子雪崩二极管阵列采集光信号，并将其输出信号依次通过Coates校正算法和匹配滤波器滤波以进一步去除采集信号中的噪声信号，有效地提取了采集信号中的特征值，提高了确定特征信号的精度，进而提高了测量的深度信息的准确性和/或精度。
应该理解的是，虽然图5-6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5-6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (23)

1.一种环境光调节装置，用于图像传感器中，其特征在于，包括：
环境光检测单元，用于检测环境光的强度值；
调节装置，用于调节所述图像传感器接收光的强度；以及
控制器，分别与所述环境光检测单元和所述调节装置连接，用于基于所述强度控制所述调节装置调节所述图像传感器接收光的强度。
2.根据权利要求1所述的环境光调节装置，其特征在于，所述图像传感器中包括：
第一单光子雪崩二极管阵列，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及
第一时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
3.根据权利要求2所述的环境光调节装置，其特征在于，所述环境光检测单元包括光电二极管或环境光传感器中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的环境光调节装置，其特征在于，所述环境光检测单元设置于图像传感器的外侧。
5.根据权利要求2所述的环境光调节装置，其特征在于，所述环境光检测单元包括：
第二单光子雪崩二极管阵列，用于探测环境光的强度；以及
第二时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第二单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到环境光的强度。
6.根据权利要求2所述的环境光调节装置，其特征在于，所述第一单光子雪崩二极管阵列包括至少两个相互独立的子信号区域，各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加。
7.根据权利要求6所述的环境光调节装置，其特征在于，所述控制器被配置为当所探测强度值大于或等于预设的阈值时，控制所述调节装置减弱所述图像传感器接收光的强度和/或降低所述图像传感器工作的偏置电压。
8.根据权利要求1-7中任一项中所述的环境光调节装置，其特征在于，所述调节装置包括：
遮光器，其上设置有光圈，用于随电机运动以改变所述光圈的横截面积，进而调节所述图像传感器接收光的强度。
9.根据权利要求1-7中任一项中所述的环境光调节装置，其特征在于，所述调节装置包括：
至少两个衰减片，用于分别与电机连接，通过改变覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量、型号或位置来调节所述图像传感器接收光的强度。
10.根据权利要求2-7中任一项中所述的环境光调节装置，其特征在于，所述控制器被配置为：
将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000021
其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数，则
Figure FDA0002259573650000022
为：
Figure FDA0002259573650000023
基于所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000024
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure FDA0002259573650000025
11.根据权利要求10中所述的环境光调节装置，其特征在于，所述控制器被配置为在将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000031
之后：
将所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000032
经过匹配滤波获取
Figure FDA0002259573650000033
基于获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure FDA0002259573650000035
12.一种图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1-11中任一项所述的环境光调节装置，所述环境光调节装置根据所述环境光检测单元检测的环境光的强度值调节所述图像传感器接收光的强度。
13.一种电子装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-11中任一项中所述的图像传感器环境光调节装置；以及
激光发射器。
14.一种环境光调节方法，适用于图像传感器，其特征在于，包括：
基于环境光检测单元检测环境光的强度值；
基于控制器接收所述强度值控制调节装置调节图像传感器接收光的强度。
15.根据权利要求14所述的环境光调节方法，其特征在于，所述图像传感器中包括：
第一单光子雪崩二极管阵列，用于探测所述图像传感器接收光的强度；以及
第一时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到所述图像传感器接收光的强度。
16.根据权利要求15所述的环境光调节方法，其特征在于，所述环境光检测单元包括光电二极管或环境光传感器中的至少一种。
17.根据权利要求15所述的环境光调节方法，其特征在于，所述环境光检测单元包括：
第二单光子雪崩二极管阵列，用于探测环境光的强度；以及
第二时间数字转化器，与所述控制器连接，用于计算所述单光子雪崩二极管阵列被触发的次数以得到环境光的强度。
18.根据权利要求15所述的环境光调节方法，其特征在于，所述第一单光子雪崩二极管阵列包括至少两个子信号区域，各子信号区域内的单光子雪崩二极管的输出信号相互叠加。
19.根据权利要求15所述的环境光调节方法，其特征在于，所述调节装置包括：
遮光器，其上设置有光圈，用于随电机运动以改变所述光圈的横截面积，进而调节所述图像传感器接收光的强度。
20.根据权利要求15所述的环境光调节方法，其特征在于，所述调节装置包括：
至少两个衰减片，用于分别与电机连接，通过增减覆盖于所述图像传感器上表面的衰减片的数量、型号或位置来调节所述图像传感器接收光的强度。
21.根据权利要求14-19中任一项中所述的环境光调节方法，其特征在于：
当所探测强度值大于或等于预设的阈值时，控制所述调节装置减弱所述图像传感器接收光的强度和/或降低所述图像传感器工作的偏置电压。
22.根据权利要求15-19中任一项中所述的环境光调节方法，其特征在于，还包括：
将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计其中，N是总的所述第一单光子雪崩二极管阵列被触发的次数，Nk表示所述第一单光子雪崩二极管阵列在第k个时间戳内的触发次数，则为：
Figure FDA0002259573650000052
基于所述入射光强度值随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000053
获取目标物体与所述图像传感器的距离值d，其中，Δt为时间戳的精度，c为光速，则d为：
Figure FDA0002259573650000054
23.根据权利要求22中所述的环境光调节方法，其特征在于，在将所述第一单光子雪崩二极管阵列的输出信号通过Coates校正算法计算出入射光强随时间变化的估计
Figure FDA0002259573650000055
之后，还包括：
将所述入射光强度值随时间变化的估计经过匹配滤波后
Figure FDA0002259573650000057
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