CN111366943B - 飞行时间测距系统及其测距方法 - Google Patents

飞行时间测距系统及其测距方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111366943B
CN111366943B CN202010217876.7A CN202010217876A CN111366943B CN 111366943 B CN111366943 B CN 111366943B CN 202010217876 A CN202010217876 A CN 202010217876A CN 111366943 B CN111366943 B CN 111366943B
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection
distance
subframe
long
pixel unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010217876.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111366943A (zh
Inventor
黄勇亮
梅健
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ruyu Intelligent Technology Suzhou Co ltd
Original Assignee
Ruyu Intelligent Technology Suzhou Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ruyu Intelligent Technology Suzhou Co ltd filed Critical Ruyu Intelligent Technology Suzhou Co ltd
Priority to CN202010217876.7A priority Critical patent/CN111366943B/zh
Publication of CN111366943A publication Critical patent/CN111366943A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111366943B publication Critical patent/CN111366943B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种飞行时间测距系统及其测距方法，所述测距方法包括：进行多帧合成的距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值；将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元的散射系数；根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，获得检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。上述测距方法能够消除近距物体对远距物体检测结果的影响。

Description

飞行时间测距系统及其测距方法
技术领域
本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种飞行时间测距系统及其测距方法。
背景技术
飞行时间法(Time Of Flight，TOF)通过测量仪器发出的脉冲信号从发射到接收的时间间隔或激光往返被测物体一次所产生的相位差来实现对被测物体的三维结构或三维轮廓的测量。TOF测量仪器可同时获得灰度图像和距离图像，广泛应用在体感控制、行为分析、监控、自动驾驶、人工智能、机器视觉和自动3D建模等诸多领域。
飞行时间(TOF)传感器一般包括：光源模块和感光模块；所述光源模块用于发射特定波段和频率的脉冲检测光，所述检测光在被测物体的表面发生反射，反射光被所述感光模块所接收；所述感光模块根据发射光波和接收光波之间的时间差或者相位差计算出被测物体的距离信息。
但是现有技术中，特别是检测环境比较复杂的情况下，TOF传感器的检测结果会产生较大的误差。例如，在检测视场内同时存在近处物体和远处物体时，远景物体的检测距离会偏近，并且，近处物体越近、占据画面像素越多，对远景物体的检测距离影响越大。
如何进一步提高测距准确性，避免近景物体对远景物体测量准确性的影响，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种飞行时间测距系统及其测距方法，以提高测距准确性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种飞行时间测距系统的测距方法，所述飞行时间测距系统包括传感阵列，所述测距包括：进行多个检测帧合成的距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值，所述近距检测子帧对应于检测视场内的近距区域，所述远距检测子帧对应于检测视场内的远距区域；将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值作为该像素单元的散射系数；根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，计算检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。
可选的，包括：在所述距离检测的每一个检测子帧中，依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值。
可选的，所述近距检测子帧和远距检测子帧采用不同的时序，所述近距检测光及电荷累积窗口的脉宽为t，所述近距区域的距离范围为0～ct/2，所述远距检测光及电荷累积窗口的脉宽为T，所述远距区域的距离范围为ct/2～cT/2。
可选的，各个远距检测子帧中，采用的远距检测光的最大脉宽为T，所述近距检测光的脉宽t的范围为T/10～T/2。
可选的，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正的方法包括：获取所述远距检测子帧内所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM，待修正的像素单元输出的初始检测值为Q，对应的散射系数为k，则该像素单元的修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
可选的，对所述远距检测子帧中，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
可选的，对所述远距检测子帧中，散射系数小于某一阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
可选的，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，每个远距子区域分别对应一个远距检测子帧进行距离检测；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。
本发明的技术方案还提供一种飞行时间测距系统，包括光源模块、传感阵列以及连接所述传感阵列的电荷累积电路，还包括：处理模块，所述处理模块被配置为执行如下步骤：控制所述光源模块发出距离检测光，进行多个检测帧合成的距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，所述近距检测子帧对应于检测视场内的近距区域，所述远距检测子帧对应于检测视场内的远距区域；通过控制所述电荷累积电路进行电荷累积获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值；将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值作为该像素单元的散射系数；根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，计算检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。
可选的，所述处理模块用于在所述距离检测的每一个检测子帧中，控制所述电荷累积电路依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以所述近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值。
可选的，所述处理模块还用于控制所述近距检测子帧和远距检测子帧采用不同的时序，所述近距检测光及电荷累积窗口的脉宽为t，所述近距区域的距离范围为0～ct/2，所述远距检测光及电荷累积窗口的脉宽为T，所述远距区域的距离范围为ct/2～cT/2。
可选的，各个远距检测子帧中，采用的远距检测光的最大脉宽为T，所述近距检测光的脉宽t的范围为T/10～T/2。
可选的，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正的方法包括：获取所述远距检测子帧内所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM以及待修正的像素单元输出的初始检测值Q，对应的散射系数为k，则该像素单元的修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
可选的，所述处理模块用于对所述远距检测子帧中，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正；或者，所述处理模块用于对散射系数小于阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
可选的，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，每个远距子区域分别对应一个远距检测子帧进行距离检测；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。
本发明的飞行时间测距方法，通过散射探测获取各像素单元的散射系数，对收到近距物体影响的像素单元的检测距离进行修正，在一定程度上消除了近处物体对远处物体检测距离产生的影响，从而在一定程度上降低了镜头结构导致的系统误差。
附图说明
图1为本发明一具体实施方式的测距方法的流程示意图；
图2a为本发明一具体实施方式的多个检测帧的示意图；
图2b为本发明一具体实施方式的近距检测子帧所采用的检测光、反射光以及电荷累积窗口的时序示意图；
图2c为本发明一具体实施方式的远距检测子帧所采用的检测光、反射光以及电荷累积窗口的时序示意图；
图3为本发明一具体实施方式的传感阵列内对应于近距区域和远距区域的示意图；
图4为本发明一具体实施方式的飞行时间测距系统的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，在检测视场内同时存在近处物体和远处物体时，对于远处物体的检测距离往往会存在较大的误差。
发明人研究发现，由于近处的被测物体的反射光会先被传感阵列接收到，而由于测距系统采用的镜头物理结构原因，镜头内部会存在对光线的散射现象，这是由于镜头的物理结构所决定的系统误差，很难通过镜头结构的改变来消除这种影响。并且，在不同角度上，镜头内对光的散射效果也不同，很难针对性的根据镜头物理结构，对测量结果进行修正。
发明人进一步研究发现，近处物体的反射光在通过镜头被对应区域的像素单元接收时，部分光线会由于镜头的散射作用，被其他区域的像素单元所接收，例如被对应于远处物体的像素单元接收，导致远处物体的检测距离偏小。由于光在传播过程中的能量耗散，远处物体的反射光强度小于近处物体的反射光强度，即便近处物体的反射光中仅有小部分光被散射，但是相对于远处物体反射光的强度，光强比值也是相对较大的，因此对于远处物体的检测距离的影响也是不可忽视的。
进一步的，在很多检测场景下，例如HDR场景下，为了提高检测精度，通常会将一个检测帧分成多个子帧进行检测，每个子帧分别对应于检测视场内的部分距离区域，使得该对应的区域获得较高的检测精度。例如，对于检测深度较大的检测视场，可以采用对于近距区域具有较高检测精度的近距检测子帧以及对远距区域具有较高检测精度的远距检测子帧的数据进行合并，形成整个视场内的检测距离，可以在近距区域与远距区域内均获得较高的检测精度。
基于上述分析，本申请提出一种新的飞行时间测距系统及其测距方法，以修正散射光对远处物体检测距离的影响。
下面结合附图对本发明提供的飞行时间测距系统及其测距方法的具体实施方式做详细说明。
请参考图1，为本发明一具体实施方式的飞行时间测距方法的流程图。
飞行时间测距系统包括传感阵列，所述传感阵列包括多个像素单元，即光学传感单元，能够将光信号转换为电信号，从而可以通过所述传感阵列将接受到的反射光转变为与反射光能量对应的一定数量的感应电荷，通过电荷累积电路在一定电荷累积窗口内累积感应电荷，从而输出与反射光能量对应的检测值。
所述飞行时间测距系统还包括光源模块，用于向被测物体发射检测光。所述检测光为经过调制的脉冲光，所述脉冲光可以为LED光或激光等易于进行调制的光，通过所述检测光照射所述飞行时间测距系统的视场范围内的所有物体。脉冲光到达被测物体表面，会在被测物体表面被反射形成脉冲反射光信号；同时被测物体所处环境中还存在环境光。在实际的使用场景下，所述飞行时间传感系统通过传感阵列获取的光信号既包括脉冲反射光还包括环境光。后续具体实施的描述中，传感阵列所接收到的反射光均指包括脉冲反射光及环境光。在其他具体实施方式中，所述检测光也可以为经过调制的具有一定周期的正弦波、方波等。
由于镜头本身的散射，在实际检测过程中，各像素单元接收到的光信号，除了对应位置的被测物体的反射光，还包括其他位置处的反射光被镜头散射后的散射光。通常，由于近处物体的反射光相对远处物体反射光强度较大，产生的散射光到达其他像素单元后对其他像素单元的检测值造成影响，因此，由于散射光导致的距离检测的误差主要是由于近处物体的反射光被散射而造成的。
该具体实施方式的测距方法包括如下步骤：
步骤S101：进行多个检测帧合成的距离检测，获取检测帧内各像素单元输出的初始检测值；所述距离检测采用多子帧检测方式，每个检测帧包括一个近距检测子帧以及至少一个远距检测子帧，获取每个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值。通过对各检测子帧的数据处理及合并，形成一个完整检测帧的检测距离数据。
在进行距离检测时，每个检测子帧分别对应不同脉宽的检测光。检测光的脉宽决定了检测的量程。例如，检测光的脉宽为T，则距离检测的量程为0～Tc/2，c为光速。为了提高各检测子帧对应区域的检测精度，通过调整检测光的脉宽，使得各检测子帧对应的测距区域与检测光的脉宽对应。
请参考图2a，该具体实施方式中，每个检测帧分别包括一个近距检测子帧和一个远距检测子帧。检测帧1包括近距检测子帧1和近距检测子帧1，检测帧2包括近距检测子帧2和近距检测子帧2，检测帧n包括近距检测子帧n和近距检测子帧n。该具体实施方式中，近距检测子帧位于远距检测子之前，在其他具体实施方式中，也可以调换两者的顺序。
在所述距离检测的每一个检测子帧中，依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值
该具体实施方式中，在三个先后连续的荷累积窗口时间内累积传感阵列内各像素单元产生的电荷，依次获取三个初始检测值，所述三个先后连续的荷累积窗口分别为第一至第三电荷累积窗口，其中第一电荷累积窗口用于累积环境光产生的感应电荷，第二和第三电荷累积窗口根据先后顺序累积反射光(包括环境光)产生的感应电荷，第一至第三电荷累积窗口的窗口时间与当前采用的检测光的脉宽相同。
请参考图2b和图2c，分别为所述近距检测子帧和所述远距检测子帧所采用的检测光、反射光以及电荷累积窗口的时序示意图。
请参考图2b，为近距检测子帧采用的近距检测光LO1、反射光LB1与各电荷累积窗口G11、G21和G31的时序图。
近距检测光LO1的脉宽需要足够窄，以对应近距区域所在的量程。该具体实施方式中，所述近距检测光LO1的脉宽为t，对应的可检测的量程，即近距区域内被测物体距离镜头的距离范围为0～ct/2。
各电荷累积窗口G11、G21、G31为进行近距检测子帧检测时的三个电荷累积窗口，其中，近距检测光LO1的产生时刻与所述电荷累积窗口G21的开启时刻一致，且各电荷累积窗口依次连续，且窗口持续时间与近距检测光LO1的脉宽相同，均为t。
在各电荷累积窗口内获取的初始检测值依次为Q11、Q21以及Q31，其中Q11为对于环境光产生的感应电荷的累积而产生的检测值；所述Q21为对于环境光以及在G21窗口时间内到达传感阵列的检测光的反射光所产生的感应电荷累积而产生的检测值；所述Q31为对于环境光以及在G31窗口时间内到达传感阵列的检测光的反射光所产生的感应电荷累积而产生的检测值。
该具体实施方式中，每个检测帧仅包括一帧远距检测子帧，请参考图2c，所述远距检测子帧的远距检测光脉宽为T，t＜T；各电荷累积窗口G12、G22、G32为进行远距检测子帧检测时的三个电荷累积窗口，分别输出初始检测值Q12、Q22以及Q32。所述远距检测帧的检测量程为0～cT/2，用于提供距离为ct/2～cT/2的区域内的更为准确的检测值。
在一些具体实施方式中，
Figure BDA0002425050870000081
较佳的t＝T/7，所述近距检测子帧所对应的近距区域内的被测物体的反射光被镜头散射后，容易进入远距区域对应的像素单元内，使得远距区域对应的像素单元输出的检测值发生偏差，从而对远距区域内物体距离的检测造成影响。
步骤S102：将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元的散射系数。
所述散射系数的定义为各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值。
由于镜头的散射作用，虽然近距检测子帧检测的量程为0～ct/2，但是对应于ct/2以外区域的像素单元内也可能会接收到经过镜头散射后的反射光，从而输出初始检测值。
请参考图3，作为一个示例，传感阵列内传感区域301对应于近距区域，该近距区域内被测物体距TOF镜头距离在0～ct/2之间；传感区域302对应于远距区域，所述远距区域内被测物体距TOF镜头距离大于ct/2。在不存在镜头散射以及不考虑环境光的情况下，在电荷累积窗口G21和G31内，仅有传感区域301内的像素单元能够产生初始检测值，而传感区域302内的像素单元则不会有对散射探测光的感应电荷产生。但是在实际检测过程中，由于镜头对反射光的散射作用，使得部分对应于传感区域301的反射光被散射，而被传感区域302内的像素单元接收。因此，传感区域302内的像素单元输出的初始检测值均由散射光产生，由此可以计算出远距区域对应的传感区域302内像素单元的散射系数k。
可以将所述电荷累积窗口G21内输出的初始检测值Q21作为散射探测值QS，由于所述电荷累积窗口G21位于电荷累积窗口G31之前，接收到的反射光对应的物体距离更近，可以避免接收到后续远距探测子帧内的反射光的干扰。在考虑环境光的情况下，实际散射探测值Qs＝Q21-Q11，Q21为电荷累积窗口G21在散射探测阶段获得的探测值，Q11为电荷累积窗口G11在散射探测阶段获得的探测值。
传感阵列的像素单元排列为m行，n列；第i行，第j列的像素单元的散射系数为k(i,j)，
Figure BDA0002425050870000091
由于在进行实际的距离检测之前，并无法确定传感阵列内对应于近距区域和远距区域的像素单元的具体位置，因此，可以对传感阵列内所有像素单元输出的散射探测值Qs均进行上述计算，获得所有像素单元的散射系数，再根据近距检测子帧计算的距离，确定其中仅远距区域对应的传感区域内的像素单元的散射系数为有效散射系数。
所述步骤S102中，对于散射系数的计算，可以在近距检测子帧与远距检测子帧之间进行，也可以在完成所述近距检测子帧与远距检测子帧的检测之后，再进行散射系数的计算。
步骤S103：根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各像素单元的修正检测值。
对于远距检测子帧中，各像素单元输出的初始检测值的修正方法包括：获取所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM，待修正的像素单元输出的初始检测值为Q，对应的散射系数为k，该像素单元修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
具体的，对于输出的初始检测值Q12、Q22和Q32的修正的计算方法为：
Figure BDA0002425050870000092
Figure BDA0002425050870000093
Figure BDA0002425050870000094
在实际修正过程中，仅需要对受到近距区域反射光的散射影响较大的像素单元输出的初始检测值进行修正，以减少计算数据量，提高修正效率。
在一个具体实施方式中，可以仅对远距检测子帧内，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正。可以通过各个像素单元输出的初始检测值，计算得到初始检测距离，虽然所述初始检测距离可能存在一定误差，但是基本能够反映出检测视场内物体的距离分布，从而确定近距区域和远距区域分别对应的传感区域位置，从而确定远距区域对应的像素单元位置。在修正过程中，仅对远距区域(初始检测距离在ct/2～cT/2范围内)对应的像素单元输出的初始检测值进行修正，而将近距区域对应的像素单元输出的初始检测值直接作为修正检测值。
另一具体实施方式中，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，分别对应至少两个远距检测子帧；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。例如，所述远距区域包括距离范围为ct/2～ct’/2的第一远距子区域以及距离范围为ct’/2～cT/2的第二远距子区域，分别对应第一远距检测子帧和第二远距检测子帧，所述第一远距检测子帧的检测光脉宽为t’，所述第二远距检测子帧的脉宽为T；对于远距区域对应的像素单元的初始检测值的修正可以包括：对第一远距检测子帧内，对应于ct/2～ct’/2区域内物体的像素单元输出的初始检测值进行修正；即对距离位于ct/2～ct’/2范围内的初始检测值进行修正，以及对第二远距检测子帧内，对应于ct/2～cT/2区域内物体的像素单元输出的初始检测值进行修正即对距离位于ct/2～cT/2范围内的初始检测值进行修正。这样，仅需要对每一远距检测子帧内部分像素单元的初始检测值进行修正，从而可以减少对每一子帧的数据修正量，减少数据计算量，提高修正效率。
在其他具体实施方式中，也可以对所有远距检测子帧内的所有像素单元初始检测值均进行修正，在后续进行各个子帧的数据合并过程中，仅选择所述远距检测子帧内对应远距区域的像素单元的检测数据作为有效数据。
在另一具体实施方式中，可以仅对散射系数小于阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。由于散射光的比值较小，因此有效的散射系数值通常较小。对于近距区域对应的像素单元，在散射探测过程中，近距区域能接收到反射光，故计算出的散射系数值较大，却不反映散射光的影响程度，为无效散射系数。因此，可以设置一阈值，将小于该阈值的散射系数作为有效散射系数，大于或等于该阈值的散射系数作为无效散射系数。所述阈值范围可以为1E-7～1E-3，例如所述阈值为1E-5。对于散射系数大于等于阈值的像素单元所输出的初始检测值即可直接作为修正检测值。
步骤S104:根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，获得检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。
具体的，根据近距检测子帧与远距检测子帧的初始检测值以及修正检测值计算出各检测子帧对应的检测距离后，选择各检测子帧所对应区域内被测物体的检测距离进行拼接，获得所有被测物体的检测距离。
请参考图3，对于近距区域301，可以通过将各像素单元输出的初始检测值Q11、Q21以及Q31计算出检测距离后，获取近距区域301内被测物体的检测距离；对于远距区域302，可以通过将各像素单元的修正检测值Q12’、Q22’以及Q32’计算出检测距离后，获取远距区域302内被测物体的检测距离；将近距区域301内被测物体的检测距离与远距区域302内被测物体的检测距离进行凭借获取整个检测视场内被测物体的检测距离。
各像素单元检测得到的近距区域301内的物体的检测距离为S1(i,j)，其中像素单元坐标(i,j)位于近距区域301内，
Figure BDA0002425050870000111
各像素单元检测得到的远距区域302内物体的检测距离为S2’(i,j)，其中像素单元坐标(i,j)位于远距区域301内，
Figure BDA0002425050870000112
S1(i,j)和S2’(i,j)进行拼接就可以得到整个视场内各位置处的深度信息。在其他具体实施方式中，对个每一检测帧内的各个检测子帧，也可以有其他的数据处理方式，将各检测子帧的检测数据整合成一个检测帧的检测数据，本领域技术人员可以根据需要，选择合适的数据处理方式。
以上具体实施方式中，仅以单个电荷累积周期作为示例，在其他具体实施方式中，每个近距检测子帧和远距检测子帧均可能包括多个电荷累积周期，所述初始检测值对应于多个电荷累积周期获得的初始检测值之和。
在实时的距离检测过程中，会进行连续的多个检测帧的距离检测，在每一个检测帧的检测过程中，均需要对当前检测帧下各像素单元的散射系数进行计算，以及对远距检测子帧内至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正。
上述飞行时间测距方法，通过近距检测子帧的检测值获得各像素单元的散射系数，对受到近距物体影响的像素单元的检测距离进行修正，在一定程度上消除了近处物体对远处物体检测距离产生的影响，从而在一定程度上降低了镜头结构导致的系统误差，通过对近距检测子帧的距离检测数据的复用，实现散射系数的计算，无需增加额外的检测帧专用于散射系数的检测，方法更为简单高效。
本发明的具体实施方式还提供一种飞行时间测距系统。
请参考图4，所述飞行时间测距系统包括：光源模块401、传感阵列402以及连接所述传感阵列的电荷累积电路403、处理模块404。
所述光源模块401用于向被测物体发射检测光。所述检测光为经过调制的脉冲光，所述脉冲光可以为LED光或激光等易于进行调制的光，通过所述检测光照射所述飞行时间测距系统的视场范围内的所有物体。脉冲光到达被测物体表面，会在被测物体表面被反射形成脉冲反射光信号；同时被测物体所处环境中还存在环境光。在实际的使用场景下，所述飞行时间传感器通过光学传感像素阵列获取的光信号既包括脉冲反射光还包括环境光。后续具体实施的描述中，光学传感像素阵列所接收到的反射光均指包括脉冲反射光及环境光。在其他具体实施方式中，所述检测光也可以为经过调制的具有一定周期的正弦波、方波等。
所述传感阵列402，包括多个阵列排布的像素单元，每个像素单元用于接收被反射光，并产生感应电荷。电荷累积电路403与所述传感阵列402连接，用于对各像素单元产生的感应电荷进行累积，形成与光能量对应的检测信号，通过处理，转换成检测值。
所述处理模块404连接至所述光源模块401以及所述电荷累积电路403，用于控制所述光源模块401的发光参数，以及获取所述电荷累积电路403获取的检测信号并进行处理得到检测值。
具体的，所述处理模块404被配置为执行如下步骤：控制所述光源模块发出距离检测光，进行距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，所述近距检测子帧对应于检测视场内的近距区域，所述远距检测子帧对应于检测视场内的远距区域；通过控制所述电荷累积电路进行电荷累积获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值；将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值作为该像素单元的散射系数；根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，计算检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。
较佳的，所述处理模块用于在所述距离检测的每一个检测子帧中，控制所述电荷累积电路依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以所述近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值。
较佳的，所述处理模块还用于控制所述近距检测子帧和远距检测子帧采用不同的时序，所述近距检测光及电荷累积窗口的脉宽为t，所述近距区域的距离范围为0～ct/2，所述远距检测光及电荷累积窗口的脉宽为T，所述远距区域的距离范围为ct/2～cT/2。
各个远距检测子帧中，各个远距检测子帧中，所述近距检测光的脉宽t的范围为T/10～T/2。
较佳的，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正的方法包括：获取所述远距检测子帧内所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM以及待修正的像素单元输出的初始检测值Q，对应的散射系数为k，则该像素单元的修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
在一些具体实施方式中，所述处理模块被配置为对远距检测子帧中，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
在一些具体实施方式中，对所述远距检测子帧中，散射系数小于某一阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
在一些具体实施方式中，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，每个远距子区域分别对应一个远距检测子帧进行距离检测；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。
在另一些具体实施方式中，所述处理模块被配置为对散射系数小于阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种飞行时间测距系统的测距方法，所述飞行时间测距系统包括传感阵列，其特征在于，包括：
进行多个检测帧合成的距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值，所述近距检测子帧对应于检测视场内的近距区域，所述远距检测子帧对应于检测视场内的远距区域，所述近距检测子帧和远距检测子帧采用不同的时序，近距检测光及电荷累积窗口的脉宽为t，所述近距区域的距离范围为0～ct/2，远距检测光及电荷累积窗口的脉宽为T，所述远距区域的距离范围为ct/2～cT/2；
将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值作为该像素单元的散射系数；
根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；
根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，计算检测视场内各位置处的被测物体的检测距离。
2.根据权利要求1所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，包括：在所述距离检测的每一个检测子帧中，依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值。
3.根据权利要求1所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，各个远距检测子帧中，所述近距检测光的脉宽t的范围为T/10～T/2。
4.根据权利要求1所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正的方法包括：获取所述远距检测子帧内所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM，待修正的像素单元输出的初始检测值为Q，对应的散射系数为k，则该像素单元的修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
5.根据权利要求4所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，对所述远距检测子帧中，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
6.根据权利要求4所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，对所述远距检测子帧中，散射系数小于某一阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
7.根据权利要求5所述的飞行时间测距系统的测距方法，其特征在于，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，每个远距子区域分别对应一个远距检测子帧进行距离检测；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。
8.一种飞行时间测距系统，包括光源模块、传感阵列以及连接所述传感阵列的电荷累积电路，其特征在于，还包括：处理模块，所述处理模块被配置为执行如下步骤：
控制所述光源模块发出距离检测光，进行多个检测帧合成的距离检测，所述距离检测的每一检测帧包括一个近距检测子帧和至少一个远距检测子帧，所述近距检测子帧对应于检测视场内的近距区域，所述远距检测子帧对应于检测视场内的远距区域；
通过控制所述电荷累积电路进行电荷累积获取各个检测子帧内各像素单元输出的初始检测值；
将所述近距检测子帧内各像素单元输出的初始检测值作为散射探测值，计算各像素单元输出的散射探测值与整个传感阵列输出的散射探测值总和的比值作为该像素单元的散射系数；
根据所述散射系数，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正，获取远距检测子帧内各个像素单元的修正检测值；
根据所述近距检测子帧内各像素单元的初始检测值以及所述远距检测子帧内各像素单元的修正检测值，计算检测视场内各位置处的被测物体的检测距离；所述处理模块还用于控制所述近距检测子帧和远距检测子帧采用不同的时序，近距检测光及电荷累积窗口的脉宽为t，所述近距区域的距离范围为0～ct/2，远距检测光及电荷累积窗口的脉宽为T，所述远距区域的距离范围为ct/2～cT/2。
9.根据权利要求8所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述处理模块用于在所述距离检测的每一个检测子帧中，控制所述电荷累积电路依次在两个先后连续的电荷累积窗口内对所述像素单元接收到反射光所产生的感应电荷进行累积，依次获取第一初始检测值和第二初始检测值；以所述近距检测子帧内，各像素单元输出的第一初始检测值作为散射探测值。
10.根据权利要求9所述的飞行时间测距系统，其特征在于，各个远距检测子帧中，采用的远距检测光的最大脉宽为T，所述近距检测光的脉宽t的范围为T/10～T/2。
11.根据权利要求8所述的飞行时间测距系统，其特征在于，对远距检测子帧中至少部分像素单元输出的初始检测值进行修正的方法包括：获取所述远距检测子帧内所有像素单元输出的初始检测值的总和QSUM以及待修正的像素单元输出的初始检测值Q，对应的散射系数为k，则该像素单元的修正检测值Q’＝Q-QSUM·k。
12.根据权利要求11所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述处理模块用于对所述远距检测子帧中，所述远距区域对应的像素单元所输出的初始检测值进行修正；或者，所述处理模块用于对散射系数小于某一阈值的像素单元所输出的初始检测值进行修正。
13.根据权利要求12所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述远距区域包括至少两个连续的远距子区域，每个远距子区域分别对应一个远距检测子帧进行距离检测；对于每个远距检测子帧，分别对相应的远距子区域所对应的像素单元输出的初始检测值进行修正。
CN202010217876.7A 2020-03-25 2020-03-25 飞行时间测距系统及其测距方法 Active CN111366943B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010217876.7A CN111366943B (zh) 2020-03-25 2020-03-25 飞行时间测距系统及其测距方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010217876.7A CN111366943B (zh) 2020-03-25 2020-03-25 飞行时间测距系统及其测距方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111366943A CN111366943A (zh) 2020-07-03
CN111366943B true CN111366943B (zh) 2022-09-09

Family

ID=71211998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010217876.7A Active CN111366943B (zh) 2020-03-25 2020-03-25 飞行时间测距系统及其测距方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111366943B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111896971B (zh) * 2020-08-05 2023-12-15 上海炬佑智能科技有限公司 Tof传感装置及其距离检测方法
US20240027616A1 (en) * 2020-11-27 2024-01-25 Ningbo ABAX Sensing Electronic Technology Co., Ltd. Distance information acquisition system
CN114563799A (zh) * 2020-11-27 2022-05-31 宁波飞芯电子科技有限公司 一种距离信息获取系统
CN116500621B (zh) * 2023-06-27 2023-08-29 长沙莫之比智能科技有限公司 基于双子帧障碍物识别的雷达盲区预警方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8194233B2 (en) * 2008-04-11 2012-06-05 Microsoft Corporation Method and system to reduce stray light reflection error in time-of-flight sensor arrays
CN107703497B (zh) * 2017-11-07 2024-10-01 北京瑞特森传感科技有限公司 激光雷达系统及其照明装置和测距方法
GB201808459D0 (en) * 2018-05-23 2018-07-11 Thermo Fisher Scient Bremen Gmbh Ion front tilt correction for time of flight(tof) mass spectrometer
US11092678B2 (en) * 2018-06-21 2021-08-17 Analog Devices, Inc. Measuring and removing the corruption of time-of-flight depth images due to internal scattering
CN110456370B (zh) * 2019-07-30 2021-11-05 炬佑智能科技(苏州)有限公司 飞行时间传感系统及其测距方法
CN110673153A (zh) * 2019-10-29 2020-01-10 炬佑智能科技(苏州)有限公司 飞行时间传感器及其测距方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111366943A (zh) 2020-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111366943B (zh) 飞行时间测距系统及其测距方法
CN111352121B (zh) 飞行时间测距系统及其测距方法
CN111352120B (zh) 飞行时间测距系统及其测距方法
CN111896971B (zh) Tof传感装置及其距离检测方法
CN102346250B (zh) 飞行时间成像器
CN109903241A (zh) 一种tof相机系统的深度图像校准方法及系统
CN112867939B (zh) 光探测和测距的直流偏置和噪声功率的实时估计
CN111492265A (zh) 基于3d激光雷达测量的多分辨率、同时定位和地图绘制
CN108845332B (zh) 基于tof模组的深度信息测量方法及装置
CN110456369B (zh) 飞行时间传感系统及其测距方法
CN110456370B (zh) 飞行时间传感系统及其测距方法
US11294058B2 (en) Motion correction based on phase vector components
CN109375196B (zh) 一种基于时空变换的激光雷达标定装置及标定方法
WO2020214914A1 (en) Single frame distance disambiguation
CN112946686B (zh) 飞行时间感测系统及其中使用的图像传感器
CN110609299A (zh) 一种基于tof的三维成像系统
US20220364849A1 (en) Multi-sensor depth mapping
EP2275833A1 (en) Range camera and range image acquisition method
JP2020160044A (ja) 測距装置および測距方法
CN102401901B (zh) 测距系统及测距方法
CN113030999B (zh) 飞行时间感测系统和其中使用的图像传感器
CN112255643B (zh) ToF传感装置及其距离检测方法
CN110807813B (zh) 一种tof模组标定方法、装置及系统
CN112526535A (zh) ToF传感装置及其距离检测方法
CN112505715B (zh) ToF传感装置及其距离检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant