CN111830530B - 一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质，方法包括：控制发射器发射脉冲光束；控制灰度图像获取单元的第一像素阵列采集目标区域的灰度图像，同时控制采集器的第二像素阵列具有第一探测效率，以所述第一探测效率接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的第一光子信号；根据所述灰度图像中像素点的灰度值调控所述第二像素阵列中对应的所述第二像素的探测效率，直至所述第二像素阵列接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求；根据所述第二光子信号计算所述脉冲光束从发射到接收的飞行时间。在不减小测量过程中的帧率的情况下消除接收波形失真的pile_up现象。

Description

一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及测距技术领域，尤其涉及一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质。

背景技术

利用飞行时间原理(TOF，Time of Flight)可以对目标进行距离测量以获取包含目标的深度值的深度图像，而基于飞行时间原理的距离测量系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。基于飞行时间原理的距离测量系统通常包括发射器和采集器，利用发射器发射脉冲光束照射目标视场并利用采集器采集反射光束，计算光束由发射到反射接收所需要的时间来计算物体的距离。

目前基于飞行时间原理的距离测量系统中发射器包括像素阵列，特别是包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)的像素阵列，当发射光束中的一个光子入射到SPAD时，即可触发雪崩事件输出信号用于记录光子到达SPAD的时间，基于此计算光束从发射到接收所需要的时间。但是由于SPAD接收一个光子后需要等待一个死区时间(deadtime)再接收下一个光子，这样对于死区时间内的多个光子最多只能接收一个光子。对于距离较近的物体、高反射率的物体或者强环境光的情况下，大量的光子在更早的时间入射到SPAD中使其饱和，而使SPAD不能检测随后入射的光子，导致在直方图电路中绘制的脉冲波形异常，无法确定光脉冲的接收时间，从而难以确定目标物体的距离。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种距离测量方法，包括：P1：控制发射器发射脉冲光束；P2：控制灰度图像获取单元的第一像素阵列采集目标区域的灰度图像，同时控制采集器的第二像素阵列具有第一探测效率，以所述第一探测效率接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的第一光子信号；P3：根据所述灰度图像中像素点的灰度值调控所述第二像素阵列中对应的所述第二像素的探测效率，直至所述第二像素阵列接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求；P4：根据所述第二光子信号计算所述脉冲光束从发射到接收的飞行时间。

在本发明的一种实施例中，调控所述第二像素阵列的探测效率低于或高于所述第一探测效率。

在本发明的又一种实施例中，在步骤T3之前还包括：预先存储所述灰度图像的灰度值与所述第二像素的探测效率的数值的对应关系表。根据所述灰度图像中每一个所述像素点的灰度值及所述对应关系表确定所述第二像素的探测效率。

在本发明的再一种实施例中，在步骤T3之前还包括：预先将灰度值按照顺序分成至少两个梯级，并配置与每一个所述梯级对应的所述第二像素的探测效率。根据所述梯级对所述灰度图像进行处理以将所述灰度图像分为多个第一闭环区域，所述第一闭环区域内所有像素点的灰度值属于同一梯级；进一步，根据所述第一闭环区域边界线上像素点的坐标确定所述第二像素阵列中与所述第一闭环区域对应的第二闭环区域，并根据与所述梯级对应的所述探测效率调控所述第二闭环区域内全部第二像素的探测效率。

本发明还提供一种距离测量系统，包括：发射器，用于向目标区域发射脉冲光束；灰度图像获取单元，包括由多个第一像素组成的第一像素阵列，所述第一像素阵列用于采集所述目标区域的灰度图像；采集器，包括由多个第二像素组成的第二像素阵列，所述第二像素阵列用于接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的光子信号；控制和处理电路，与所述发射器、所述灰度图像获取单元以及所述采集器连接，实现如上任一所述的方法。

在本发明的一种实施例中，灰度图像获取单元是灰度相机。所述灰度相机与所述采集器具有相同的采集视场使至少一个所述第一像素与至少一个所述第二像素配对。

本发明再提供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，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。

本发明的有益效果为：提供一种距离测量方法、系统及计算机可读存储介质，通过根据灰度图像的灰度值调节采集器的第二像素的探测效率，在不减小测量过程中的帧率的情况下消除接收波形失真的pile_up现象。

进一步的，通过预先存储灰度图像的灰度值与第二像素的探测效率的数值的对应关系表，对于目标区域中具有多个不同的待测目标时，有效提高了测量的准确性。

再进一步的，通过预先将灰度值按照顺序分成至少两个梯级，并配置与每一个梯级对应的第二像素的探测效率，通过分级设置化区域调节提升调控的时间。

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是本发明实施例中一种距离测量系统示意图。

图2(a)是本发明实施例中的一种发射器的结构示意图。

图2(b)是本发明实施例中的一种采集器的结构示意图。

图3是本发明实施例中第一种距离测量方法的示意图。

图4是本发明实施例中第一种距离测量系统示意图。

图5是本发明实施例中一种采集器中像素单元的示意图。

图6是本发明实施例中第二种距离测量方法的示意图。

图7是本发明实施例中第二种距离测量系统的示意图。

图8是本发明实施例中第三种距离测量系统的示意图。

图9是本发明实施例中的第三种距离测量方法的示意图。

图10是本发明实施例中又一种采集器中像素单元的示意图。

图11是本发明实施例中又一种采集器的结构示意图。

图12是本发明实施例中一种采集器的制造方法的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

雪崩光电二极管指的是在激光通信中使用的光敏元件。在以硅或锗为材料制成的光电二极管的P-N结上加上反向偏压后，射入的光被P-N结吸收后会形成光电流。加大反向偏压会产生“雪崩”(即光电流成倍地激增)的现象，因此这种二极管被称为“雪崩光电二极管”。

图1所示为本发明一个实施例的距离测量系统示意图，该距离测量系统10包括发射器11、采集器12以及控制和处理电路13。其中，发射器11用于向目标区域20发射光束30，该光束发射至目标区域空间中以照明空间中的目标物体，至少部分发射光束30经目标区域20反射后形成反射光束40，反射光束40中的至少部分光束被采集器12接收，控制和处理电路13分别与发射器11以及采集器12连接，同步发射器11与采集器12的触发信号以计算光束从发射到接收所需要的时间，即发射光束30与反射光束40之间的飞行时间t，进一步，目标物体上对应点的距离D可由下式计算出：

D＝c·t/2 (1)

其中，c为光速。

发射器11包括光源111、发射光学元件112以及驱动器113等。光源111可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、边发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等，也可以是由多个光源组成的一维或二维光源阵列，优选地，光源阵列是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源以形成的VCSEL阵列光源芯片，光源阵列中光源的排列方式可以是规则的也可以是不规则的。光源111所发射的光束可以是可见光、红外光、紫外光等。光源111在驱动器113的控制下向外发射光束。在一个实施例中，光源111在驱动器113的控制下以一定频率(脉冲周期)向外发射脉冲光束，可以用于直接飞行时间(Direct TOF)测量中，频率根据测量距离进行设定。可以理解的是，还可以利用控制和处理电路13中的一部分或者独立于控制和处理电路13存在的子电路来控制光源111发射光束。

发射光学元件112接收来自光源111发射的光束并整形后投射到目标区域。在一个实施例中，发射光学元件112接收来自光源111的脉冲光束，并将脉冲光束进行光学调制，比如衍射、折射、反射等调制，随后向空间中发射被调制后的光束，比如聚焦光束、泛光光束、结构光光束等。发射光学元件112可以是透镜、液晶元件、衍射光学元件、微透镜阵列、超表面(Metasurface)光学元件、掩膜板、反射镜、MEMS振镜等形式中的一种或多种组合。

采集器12包括像素单元121、过滤单元122和接收光学元件123，接收光学元件123用于接收由目标反射回的至少部分光束并引导到像素单元121上，过滤单元122用于滤除背景光或杂散光。像素单元121包括由多个像素组成的二维像素阵列，在一个实施例中，像素单元121由单光子雪崩光电二极管(SPAD)组成像素阵列，SPAD可以对入射的单个光子进行响应并输出指示所接收光子在每个SPAD处相应到达时间的信号，利用诸如时间相关单光子计数法(TCSPC)实现对微弱光信号的采集以及飞行时间的计算。

控制和处理电路13同步发射器11与采集器12的触发信号，对像素采集光束的光子信号进行处理，并基于反射光束的飞行时间计算出待测目标的距离信息。在一个实施例中，SPAD对入射的单个光子进行响应而输出光子信号，控制和处理电路13接收光子信号并进行信号处理获取光束的飞行时间。具体的，控制和处理电路13计算采集光子的数量形成连续的时间bin，这些时间bin连在一起形成统计直方图用于重现反射光束的时间序列，利用峰值匹配和滤波检测识别出反射光束从发射到接收的飞行时间。在一些实施例中，控制和处理电路13包括信号放大器、时数转换器(TDC)、数模转换器(ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路(图中未示出)。这些电路即可以与像素整合在一起，也可以作为控制和处理电路13的一部分，为便于描述，将统一视作控制和处理电路13的一部分。可以理解的是，控制和处理电路13可以是独立的专用电路，比如专用SOC芯片、FPGA芯片、ASIC芯片等等，也可以包含通用处理电路。

在一些实施例中，距离测量系统10还包括存储器，用于存储脉冲编码程序，利用编码程序控制光源111发射光束的激发时间、发射频率等。

在一些实施例中，距离测量系统10还可以包括彩色相机、红外相机、IMU等器件，与这些器件的组合可以实现更加丰富的功能，比如3D纹理建模、红外人脸识别、SLAM等功能。

在一些实施例中，发射器11与采集器12也可以被设置成共轴形式，即二者之间通过具备反射及透射功能的光学器件来实现，比如半透半反镜等。

图2(a)和图2(b)所示为本发明第一个实施例的发射器和采集器的结构示意图。其中，发射器11包括由多个光源组成的光源阵列21，多个光源以一定的图案形式排列在单片基底上形成的。基底可以是半导体基底、金属基底等，光源可以是发光二极管、边发射激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等，优选地，光源阵列21是由设置在半导体基底上的多个VCSEL光源组成的阵列VCSEL芯片。光源阵列21在驱动电路(可以是控制和处理电路13的一部分)的调制驱动下进行发光，也可以在驱动电路的控制下分组发光或者整体发光。

像素单元121包括像素阵列22以及读出电路23，其中像素阵列22包括由多个像素组成的二维阵列，用于采集由物体反射回的至少部分光束并生成相应的光子信号，读出电路23用于对光子信号进行处理以计算飞行时间。

在一个实施例中，读出电路23包括TDC电路231和直方图电路232，用于绘制反映发射器中光源所发射脉冲波形的直方图，进一步地，也可以根据直方图计算飞行时间，最后将结果进行输出。其中，读出电路23可以是单个TDC电路及直方图电路组成，也可以由多个TDC电路单元及直方图电路单元组成的阵列读出电路。

在一个实施例中，像素阵列22是由多个SPAD组成的像素阵列，当发射器11向被测物体发射斑点光束时，采集器12中的接收光学元件123会引导该斑点光束至相应的像素上，一般地，为了尽可能多地接收反射光束中的光子信号，通常将单个斑点的大小被设置为对应多个像素(这里的对应可以理解为成像，光学元件112一般包括成像透镜)。比如图2(b)所示，单个斑点对应2×2＝4个像素，即该斑点光束反射回的光子会以一定的概率被对应的4个像素接收，一般地，将对应的多个像素组成的像素区域称为“合像素”，合像素的大小在设置时需根据测距系统综合考虑。在一个实施例中，配置光源阵列21中的每个光源与像素阵列22中的每个合像素配对，即每个光源的投射视场与对应合像素的采集视场一一对应。如图2(b)所示，光源211发射的光束被物体反射后由接收光学元件123引导该斑点光束至合像素221上，光源212发射的光束被物体反射后由接收光学元件123引导该斑点光束至合像素224上,光源213发射的光束被物体反射后由接收光学元件123引导该斑点光束至合像素225上。

一般地，发射器11和采集器12之间根据设置方式的不同距离测量系统可以分成共轴和离轴。对于共轴情形，发射器11发出的光束经过被测物体反射后将由采集器12中对应的合像素采集，合像素的位置不会因为被测物体的远近有影响；但对于离轴情形，由于视差的存在，当被测物体远近不同时，光斑落在像素单元上的位置也会发生变化，一般地会沿着基线(发射器11与采集器12之间的连线，在本发明中统一用横线来表示基线方向)方向发生偏移，当被测物体的距离未知时合像素的位置是不确定，为了解决这一问题，需要采用超像素技术，即设置超过合像素对应数量的多个像素组成像素区域，这里称为“超像素”用于接收反射回的斑点光束，如图2(b)所示的实施例中一个超像素222包括三个合像素。超像素的大小在设置时，需要同时考虑距离测量系统10的测量范围以及基线的长度，使得在测量范围内不同距离上物体反射回的斑点所对应的合像素均会落入在超像素区域内，即超像素的大小应超过至少一个合像素。一般地，超像素的尺寸沿与基线垂直方向与合像素相同，沿基线方向则大于合像素。超像素的数量一般与采集器12单次测量所采集到的斑点光束的数量相同。

直方图电路232中绘制出反映发射器中光源所发射脉冲波形的接收波形，通常接收波形与发射的脉冲波形在形状上基本相似，接收波形表示入射到像素阵列中的反射脉冲中的光子数量。像素阵列接收的光子包括环境光子和信号光子，其中环境光子在直方图的时间bin上持续存在，而信号光子只在目标位置对应的时间bin内出现形成脉冲峰值。但是，由于SPAD阵列在接收光子后进入死区时间而不再检测光子，当待测目标离SPAD阵列距离较近时，或者待测目标具有高反射率时，反射光束中前部的光子更快的入射到SPAD阵列中使多个SPAD饱和，而后续入射的光子被SPAD采集到的概率降低，导致脉冲峰值位置提前。或者，在强环境光条件下，大量的环境光子入射到SPAD阵列中使多个SPAD饱和，而后信号光子被SPAD采集到的概率降低，导致形成的接收波形失真，使用失真的接收波形的波峰确定的TOF值不准确。以上产生的接收波形失真的情况统称为pile_up现象，下面将通过一些实施例描述如果解决这一问题，提高距离测量系统的准确性。

第一实施例

如图3所示，为本发明第一个实施例的距离测量方法的流程图。通过距离测量系统中的控制和处理电路13执行该距离测量方法，具体的方法步骤如下：

S1、控制发射器朝向目标区域发射脉冲光束。

其中，发射器11包括光源阵列21，朝向目标区域发射斑点图案的脉冲光束，经由目标区域中的物体反射后形成反射光束。

S2、调控采集器的像素阵列具有至少两个不同的探测效率，分别以所述至少两个不同的探测效率接收所述目标区域反射的光束中的光子形成的光子信号，并分别根据所述光子信号得到所述目标区域的深度图像；

控制和处理电路13通过调控像素阵列22中每个像素上施加的反向偏置电压改变像素阵列的探测效率(PDE)。其中，PDE是指单位时间内探测到有效光子数与入射光子总数的比率，每个像素的PDE与施加在像素上的反向偏置电压密切相关，施加在像素上的反向偏置电压越高，雪崩持续时间越长，则PDE明显提高，当施加在像素上的反向偏置电压越低，PDE也降低，当反向偏置电压低于击穿电压，会导致雪崩猝灭，此时像素不再接收光子。但偏置电压并非是可以无限提高的，当偏置电压设置过高时，可能引起暗计数率明显提高，因此，需要在实际应用中根据系统需求合理设置反向偏置电压的数值。

在本发明中，通过控制采集器的像素阵列具有至少两个不同的探测效率分别获取不同距离范围内的待测物体反射的光束中的光子形成的光子信号，不同的探测效率对应不同的测距系统的测距范围、反射率等，即采用低的探测效率的测距范围较小，用于处理近距、高反射率、强环境光；采用高的探测效率的测距范围较远，处理远距、低反射率、低环境光。实际上，探测效率的数量可根据具体情况进行设置。控制采集器的像素阵列具有至少一个探测效率用于采集目标区域中所有待测目标反射的光束中的光子形成的光子信号。

在本发明的一种实施例中，可以根据目标区域中待测目标的距离远近设置多个探测效率，多个探测效率之间的差值可以相等也可以不相等。

在本发明的一种实施例中，控制采集器的像素阵列分别具有第一探测效率和第二探测效率，并分别以所第一探测效率和第二探测效率接收目标区域中待测物体反射的光束中的光子形成的光子信号。

具体的，当第一探测效率低于第二探测效率时，控制和处理电路13调控像素阵列22具有第一探测效率(此时施加在像素上的反向偏置电压较低)，即像素阵列22具有较低的PDE。此时完成对目标视场的第一帧深度图像采集。则距离采集器12更近的第一目标反射的光束中的光子被像素阵列22中的像素接收形成第一光子信号；或者，反射率更高的第一目标反射的光束中的光子被像素阵列22中的像素接收形成第一光子信号。即使在较强环境光中，由于此时像素具有较低的PDE，能够减少环境光子的影响而接收到有效的反射光束中的信号光子形成第一光子信号。控制和处理电路13根据第一光子信号计算得到第一飞行时间进而获得目标区域的第一深度图像，第一深度图像的像素点上具有第一TOF值。

可以理解的是，通过降低像素阵列22的PDE，有效的解决了pile_up的问题，提高了测量近距目标的准确度，但是降低了像素阵列的PDE，相应的也减小了测距系统的测距范围，对于距离采集器更远的第二目标或者是反射率更低的第二目标，像素阵列22很难采集到足够数量的有效光子，则无法生成具有足够信噪比的第二光子信号，不能计算出表征第二目标距离信息的第二飞行时间。因此采用下一步骤确定第二目标的第二飞行时间。

然后，调控采集器中的像素阵列具有第二探测效率，像素阵列接收经目标区域反射的光束中的光子形成第二光子信号和第三光子信号，根据第二光子信号和第三光子信号获得目标区域的第二深度图像。

控制和处理电路13调控像素阵列22具有第二探测效率(此时施加在像素上的反向偏置电压较高，其中，第二探测效率大于第一探测效率，此时，像素阵列22具有较高的PDE，完成对目标区域的第二帧深度图像采集。此时距离采集器12更远的第二目标反射的光束中的光子能够被像素阵列22中的像素接收形成第二光子信号；或者，反射率更低的第二目标反射的光束中的光子能够被像素阵列22中的像素接收形成第二光子信号。控制和处理电路13根据第二光子信号计算得到第二飞行时间形成目标区域的第二深度图像，第二深度图像中的部分像素点上具有第二TOF值。

在一种实施例中，第二探测效率能够探测到位于系统最远距离处的目标，在本发明的一种实施例中，距离探测系统的最大探测距离为150m，第二探测效率可以接收到目标位于150m处时反射回的光子形成光子信号；而第一探测效率只可以接收位于20m处的目标反射回的光子。

此外，当像素阵列具有较高的PDE时，同样可以接收到第一目标反射的光束中的光子生成第三光子信号，控制和处理电路13根据第三光子信号可以计算出表征第一目标距离信息的第三飞行时间，导致第二深度图像中部分像素点上具有第三TOF值，但由于pile_up现象的存在，导致相同像素点上第三TOF值要小于第一TOF值(准确TOF值)。因此，在下一步中确定目标区域的准确深度图像。

可以理解的是，当第一探测效率大于所述第二探测效率时，同样适用于本发明。即控制和处理电路13调控像素阵列22具有第一探测效率(此时施加在像素上的反向偏置电压较高)，即像素阵列22具有较高的PDE。像素阵列22接收经目标区域反射的光束中的光子形成的第四光子信号和第五光子信号，分别根据第四光子信号、第五光子信号获得目标区域的第四深度图像和第五深度图像；然后，调控像素阵列具有第二探测效率(此时施加在像素上的反向偏置电压较低)，即像素阵列22具有较低的PDE。像素阵列接收经目标区域反射的光束中的光子形成第六光子信号，根据第六光子信号获得目标区域的第六深度图像。此处不再赘述。

S3、融合所述目标区域的深度图像得到所述目标区域融合的深度图像。

在融合目标区域的深度图像得到目标区域融合的深度图像时，依据待测目标的距离的远近选取所述至少两个不同的探测效率中高低效率对应的所述深度图像中的待测目标的深度值。

具体的，如上所述，控制和处理电路13将第一深度图像中每个像素点上的第一TOF值赋值到第二深度图像中对应像素点上替换该像素点上的第三TOF值，从而形成第三深度图像，在第三深度图像中每个像素点上对应的TOF值即为准确飞行时间。可以理解的是，这里所说的像素主要是指具有有效TOF值的像素。

对于第四深度图像、第五深度图像和第六深度图像的处理是类似的。

基于本发明的方法还提供一种距离测量系统用于实现上述方法。

如图4所示，是本发明第一实施例的一种距离测量系统的示意图。

在本实施例中，通过调控采集器的像素阵列具有至少两个不同的探测效率，分别以所述至少两个不同的探测效率接收所述目标区域反射的光束中的光子形成的光子信号，并分别根据所述光子信号得到所述目标区域的深度图像，将深度图像融合成一帧深度图像，有效的修正了由于pile_up引起的测量误差。

采用如上所述的方法和系统，通过调控采集器的像素阵列具有至少两个不同的探测效率获得对应的深度图像，然后依据待测目标的距离的远近选取所述至少两个不同的探测效率中高低效率对应的所述深度图像中的待测目标的深度值融合得到融合的深度图像，消除接收波形失真的pile_up现象。

第二实施例

如图5所示，为本发明第二实施例的采集器中像素单元的示意图。像素单元包括像素阵列41以及读出电路44，其中像素阵列41包括由多个像素组成的二维阵列，用于采集由物体反射回的至少部分光束并生成相应的光子信号，读出电路41用于对光子信号进行处理以计算飞行时间。

在一个实施例中，读出电路44包括TDC电路441和直方图电路442，用于绘制反映发射器中光源所发射脉冲波形的直方图，进一步地，也可以根据直方图计算飞行时间，最后将结果进行输出。其中，读出电路44可以是单个TDC电路及直方图电路组成，也可以由多个TDC电路单元及直方图电路单元组成的阵列读出电路。

在一个实施例中，像素阵列41是由多个单光子雪崩光电二极管(SPAD)组成的像素阵列，其中，像素阵列41包括参考像素阵列42和成像像素阵列43。参考像素阵列42包括至少一个参考像素421。

如图5所示的实施例，参考像素阵列42被配置为沿成像像素阵列43外围边缘设置的一列参考像素，在其他实施例中，参考像素阵列42可设置至少一列或一行；或，参考像素位于成像像素阵列43周围任意给定的位置。成像像素阵列43的配置如图2(b)所示的像素阵列的描述，在此不再重复叙述。

控制和处理电路13控制发射器11朝向目标区域发射脉冲光束，同时控制采集器中的像素开启以接收反射光束中的光子，经目标区域反射回的反射光束由接收光学元件123引导反射光束成像至成像像素阵列43，成像像素阵列43中的成像像素采集反射光束中的光子形成光子信号，控制和处理电路13根据光子信号计算反射光束从发射到接收的飞行时间。但由于pile_up现象的存在，计算的反射光束可能存在误差，因此，通过配置参考像素阵列42统计在一定时间内接收参考光子数量，根据参考光子数量调控下一帧采集时成像像素阵列43中成像像素的PDE。控制和处理电路13通过调控成像像素阵列43中成像像素上施加的反向偏置电压改变成像像素阵列的探测效率(PDE)。

其中，参考像素阵列42在预定时间内接收的参考光子包括环境光子，也可能包括部分反射光束中的信号光子，参考光子数量用于表征环境光强度与目标反射率的乘积，则参考光子数量与成像像素的PDE成反比例关系。根据参考像素阵列42在预定时间内接收的参考光子的数量调整调控成像像素阵列的探测效率并控制采集器以调控后的探测效率接收光子，直至成像像素阵列接收经目标区域反射回的脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求。这里所述的预定需求可以是满足预定的精度等，调整次数至少一次。

在本发明的一个实施例中，调控成像像素阵列的探测效率低于或高于第一探测效率，具体根据参考光子数量与成像像素的PDE成反比例关系进行调整。

在一个实施例中，预先设定在一定时间内参考像素阵列42接收参考光子数量的阈值，比如将一定时间设置为10us，在第一帧深度图采集时，控制和处理电路13调控成像像素阵列以第一探测效率(较低的PDE)接收反射光束中的光子，同时控制参考像素阵列42接收参考光子，若此时处于较低环境光和/或目标反射率较低时，在10us内接收的参考光子数量小于阈值，则下一帧采集时控制和处理电路13调控成像像素阵列43以第二探测效率(较高的PDE)接收反射光束中的光子，若参考光子数量大于或等于阈值，则下一帧采集时成像像素阵列仍具有第一探测效率。通过设定参考光子数量的阈值，使调节成像像素的PDE的次数较少，减少调节时系统的复杂度。

在一个实施例中，可预定义参考像素阵列42在预定时间内接收的参考光子数量与成像像素的PDE的对应关系，控制与处理电路13根据当前帧参考像素阵列42接收的参考光子数量结合预定义的对应关系即可确定下一帧成像像素阵列43的PDE，可以实现实时调控。在实际应用中的距离测量系统，通常遇到许多不可控的因素，例如用于自动驾驶中的LiDAR系统，在连续测量过程中可能出现环境改变或者目标改变的情况，通过实时调控成像像素的PDE也可以有效的解决由于这些情况出现时引起的测距误差，提升系统的准确性，而且，通过这种方法不需要减小测量过程中的帧率。

如图6所示，基于第二实施例的说明，还提出了一种距离测量方法，包括如下步骤：

T1：控制发射器发射脉冲光束；

T2：控制采集器具有第一探测效率，并以所述第一探测效率接收光子；所述采集器的像素阵列包括参考像素阵列和成像像素阵列；所述参考像素阵列包括至少一个参考像素，用于接收参考光子；所述成像像素阵列包括至少一个成像像素，用于接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第一光子信号；

T3：根据预定时间内所述参考像素阵列接收的所述参考光子数量调控所述成像像素阵列的探测效率为第二探测效率并控制所述采集器以所述第二探测效率接收光子，直至所述成像像素阵列接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求；

可以理解的是，调控成像像素阵列的探测效率低于或高于第一探测效率，是依据参考像素阵列接收的参考光子数量获得目标区域的成像情况的参考。

T4：根据所述第二光子信号计算所述脉冲光束从发射到接收的飞行时间。

在一个实施例中，设定在一定时间内接收参考光子数量的阈值，根据参考光子数量调控像素阵列的探测效率；若参考光子数量大于或等于阈值，则控制和处理电路调控下一帧采集时成像像素阵列具有第一探测效率；若参考光子数量小于阈值，则控制和处理电路调控下一帧采集时成像像素阵列具有第二探测效率；其中，第二探测效率大于第一探测效率。

在一个实施例中，预先存储参考光子数量和成像像素的探测效率的对应关系表，根据参考光子数量查询对应关系表调控下一帧成像像素阵列的探测效率。

如图7所示，是本发明第二实施例的一种距离测量系统的示意图。

采用本发明的距离测量方法及系统，通过根据参考像素接收参考光子数(环境光子)调节成像像素的探测效率，在不减小测量帧率的情况下消除接收波形失真的pile_up现象。

进一步的，通过预先设定在预定时间内参考像素阵列接收的参考光子数量的阈值，使调节成像像素的探测效率的次数较少，减少调节时的复杂度。

再进一步的，通过预定义参考像素阵列在预定时间内接收的参考光子数量与成像像素的探测效率的对应关系，提升调节的准确性。

第三实施例

如图8所示，为本发明第三实施例的距离测量系统的示意图。距离测量系统60包括发射器11、采集器12、相机14以及控制和处理电路13。其中，发射器11用于向目标区域20发射光束30，该光束发射至目标区域空间中以照明空间中的目标物体，至少部分发射光束30经目标区域20反射后形成反射光束40，反射光束40中的至少部分光束被采集器12接收，控制和处理电路13分别与发射器11以及采集器12连接，同步发射器11与采集器12的触发信号以计算光束从发射到接收所需要的时间。另一方面，控制和处理电路13与相机14连接，相机14用于采集目标区域的灰度图像，其中灰度图像中像素点的灰度值表示经目标反射的光束50和环境光的总光强度。控制与处理电路13根据灰度图像中的像素点的灰度值调控采集器12中像素阵列中对应像素的探测效率(PDE)。

具体的，相机14包括第一像素单元141，用于采集目标区域的灰度图像，第一像素单元141包括由多个第一像素组成的第一像素阵列(未图示)，其中灰度图像中的像素点与第一像素单元141中的第一像素一一对应。相机14可以是灰度相机、RGB相机等，优选地是灰度相机。采集器12包括第二像素单元121，在一个实施例中，第二像素单元121的结构如图2(b)所述，包括像素阵列22以及读出电路23，为便于在此实施例中的描述，将像素阵列22记为第二像素阵列，第二像素阵列包括由多个第二像素组成的二维阵列，优选地第二像素是SPAD像素。配置相机14与采集器12具有相同的采集视场，使至少一个第一像素与至少一个第二像素(在本实施例中，第二像素可以是合像素也可以是超像素)配对。

控制和处理电路13根据灰度图像中每个像素点的灰度值确定反射光束的光强度，灰度值处于0-255之间共分成256级，灰度值越大对应的反射光束的光强度越大。可以理解的是，距离采集器更近的第一目标反射的光束相比距离采集器更远的第二目标反射的光束的光强度更大；或者，反射率更高的第一目标反射的光束相比反射率更低的第二目标反射的光束的光强度更大；或者受到较强环境光的影响，反射的环境光也会相应增大灰度图像中像素点的灰度值。

为有效降低pile_up现象的影响，控制和处理电路13根据灰度图像中像素点的灰度值调整第二像素阵列中对应第二像素的PDE。控制和处理电路通过改变第二像素阵列中第二像素上施加的反向偏置电压调控第二像素的探测效率。通常，在下一帧深度图采集时，控制和处理电路13调控第二像素阵列中每个第二像素的PDE，此时的第二像素阵列不再具有统一的PDE，对于目标区域中具有多个不同的待测目标时，有效提高了测量的准确性。

在一个实施例中，预先存储灰度图像的灰度值与第二像素的探测效率的数值的对应关系表。控制和处理电路13根据灰度图像中每一像素点的灰度值查询关系表确定与之对应的第二像素的PDE，调控第二像素上施加的反向偏置电压而改变下一帧采集时第二像素的PDE。灰度值与PDE数值的对应关系表可以通过标定得到。

在一个实施例中，预先将灰度图像的灰度值按照顺序分成至少两个梯级，并配置每一个梯级对应的所述第二像素的探测效率。具体的，预先将灰度值按照从小到大(也可以从大到小)的顺序分梯级，配置每一梯级具有对应的PDE。比如可以分为三个梯级，其中第一梯级的灰度值范围为0-85，第二梯级的灰度值范围为86-171，第三梯级的灰度值范围为172-256，对应的第二像素的PDE设置为第一PDE(较高PDE)、第二PDE(中间PDE)、第三PDE(较低PDE)。控制和处理电路13根据灰度值梯级对灰度图像进行处理以将图像分为多个第一闭环区域，同一闭环区域内所有像素点的灰度值属于同一梯级。进一步，根据第一闭环区域边界线上像素点的坐标，确定第二像素阵列中与第一闭环区域对应的第二闭环区域，并根据与梯级对应的探测效率调控第二闭环区域内全部第二像素的探测效率。比如第一闭环区域内的灰度值属于第一梯级，则调控第一闭环区域内的全部第二像素具有第一PDE。通过这种分级设置化区域调节可以提升调控的时间。可以理解的是，以上调控方法只为本发明的一个实施例，不对本发明的内容做具体限制。

可以理解的是，SPAD像素采集光子数量与灰度值成比例关系，与常用的灰度相机测量的灰度值存在区别，在本发明中为实现对SPAD像素的探测效率的准确调控，因此不以SPAD像素获取的灰度值作为调控依据。

如图9所示，基于第三实施例的说明，还提出了一种距离测量方法，包括如下步骤：

P1：控制发射器发射脉冲光束；

P2：控制灰度图像获取单元的第一像素阵列采集目标区域的灰度图像，同时控制采集器的第二像素阵列具有第一探测效率，以所述第一探测效率接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的第一光子信号；

P3：根据所述灰度图像中像素点的灰度值调控所述第二像素阵列中对应的所述第二像素的探测效率，直至所述第二像素阵列接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求；

P4：根据所述第二光子信号计算所述脉冲光束从发射到接收的飞行时间。

可以理解的是，预定需求是像素阵列能够接收足够多的光子信号形成接收波形；或者接收符合一定信噪比的光子信号。

可以理解的是，在本发明的一种实施例中，调控所述第二像素阵列的探测效率低于或高于第一探测效率。

需要说明的是，本实施例的距离测量方法采用前述第三实施例的距离测量系统进行距离测量，其技术方案与前述距离测量系统相同，故在此不再重复赘述。

通过本发明实施例的距离测量方法和系统，通过根据灰度图像的灰度值调节采集器的第二像素的探测效率，在不减小测量过程中的帧率的情况下消除接收波形失真的pile_up现象。

进一步的，通过预先存储灰度图像的灰度值与第二像素的探测效率的数值的对应关系表，对于目标区域中具有多个不同的待测目标时，有效提高了测量的准确性。

再进一步的，通过预先将灰度值按照顺序分成至少两个梯级，并配置与每一个梯级对应的第二像素的探测效率，通过分级设置化区域调节提升调控的时间。

第四实施例

图10所示是本发明第四实施例的采集器中像素单元的示意图。像素单元包括像素阵列61以及读出电路64，其中像素阵列61包括由多个像素组成的二维阵列，用于采集由物体反射回的至少部分光束并生成相应的光子信号，读出电路64用于对光子信号进行处理以计算飞行时间。

在一个实施例中个，读出电路64包括TDC电路641和直方图电路642，用于绘制反映发射器中光源所发射脉冲波形的直方图，进一步地，也可以根据直方图计算飞行时间，最后将结果进行输出。其中，读出电路64可以是单个TDC电路及直方图电路组成，也可以由多个TDC电路单元及直方图电路单元组成的阵列读出电路。

在一个实施例中，像素阵列61是由多个SPAD组成的像素阵列，当发射器11向被测物体发射斑点光束时，采集器12中的接收光学元件123会引导该光斑光束至相应的像素上，一般地，为了尽可能多地接收反射光束中的光子信号，通常将单个斑点的大小被设置为对应多个像素(这里的对应可以理解为成像，结合搜光学元件123一般包括成像透镜)，比如图10所示单个斑点对应2×2＝4个像素，即该斑点光束反射回的光子会以一定的概率被对应的4个像素接收，一般地，将对应的多个像素组成的像素区域成为“合像素”，合像素的大小在设置时需进行综合考虑。

发射器和采集器之间是离轴配置的距离测量系统中，由于视差的存在，当被测物体远近不同时，光斑落在像素单元上的位置也会发生变化，一般地会沿着基线(发射器11与采集器12之间的连线，在本发明中统一用横线来表示基线方向)方向发生偏移，当被测物体的距离未知时合像素的位置是不确定，为了解决这一问题，需要采用超像素技术，即设置超过合像素对应数量的多个像素组成像素区域611、612(这里称为“超像素”用于接收反射回的斑点光束)。

在一个实施例中，如图10所示，超像素611被设置成包括第一合像素621、第二合像素622，超像素611与一个TDC电路和直方图电路连接。其中，超像素的采集视场与对应光源的投射视场相匹配，与超像素611对应的光源朝向对应区域发射脉冲光束时，若在该区域处的第一目标位于距离采集器更近距离时，经第一目标反射的斑点光束(实线圆表示)入射到第一合像素621中；若在该区域处的第二目标位于距离采集器更远距离时，经第二目标反射的斑点光束(虚线圆表示)入射到第二合像素622中。为有效抑制pile_up效应的影响，在第一合像素621上设置衰减片62，使得从目标区域处的第一目标反射的光束首先打到衰减片62上，经过衰减片62后反射光束的光强度降低，再入射到第一合像素621中，减少第一合像素621采集到的光子数量。在本发明的一种实施例中，可以根据距离测量系统的测距范围确定衰减片的衰减系数，第一合像素用于接收目标区域中近距的目标物体反射回的脉冲光束中的光子后形成的光子信号。衰减片不仅仅解决强环境光，主要是减弱近距目标产生的强反射光，这是因为pile_up问题主要是由目标位于近距时反射的强反射光引起的，高反射率、强环境光都只是辅助因素并不是主导因素。

在一个实施例中，第一合像素621和第二合像素622中包含的像素数量可以是不相同的。在一个实施例中，第一合像素621和第二合像素622中包含的像素数量也可以是相同的。

可以理解的是，超像素中的合像素数量不仅限于两个，例如还可以包括第三合像素，用于采集中间距离的目标反射的脉冲光束，通过设置多个合像素分别采集测距范围的子区间内的反射光脉冲，不管设置多少个合像素，都可以在采集近距范围的合像素上设置衰减片以降低pile_up效应。

通过在采集近距目标反射光束的第一合像素上设置衰减片，可以调控像素阵列的PDE为较高的PDE，提升对于远距目标的测量精度同时可以减小近距目标产生的pile_up效应。

第五实施例

图11所示是本发明第五实施例的采集器的示意图。采集器70包括接收光学元件71、过滤单元72、扩束光学元件73和像素单元74。一般地，当发射器11向被测物体发射斑点光束时，采集器70中的接收光学元件71会引导该光斑光束至相应的像素上，则通常将像素单元74设置在接收光学元件71的焦平面上。当待测目标离像素阵列距离较近时，反射光束中前部的光子更快的入射到像素单元中使多个像素饱和，而后续入射的光子被像素采集到的概率降低，导致脉冲峰值位置提前。因此，本实施例中在采集器70中设置扩束光学元件73以减小由近距的第一目标反射回的较强光束引起的pile_up现象。

在一个实施例中，如图11所示，接收光学元件71会接收从目标反射回的第一斑点光束，其中第一斑点光束与所述像素单元上的一个像素741(在本发明中可以是合像素也可以是超像素)相匹配，经过过滤单元72后通过扩束光学元件73后实现扩束，形成光束均匀扩散且光斑直径更大的第二斑点光束，而入射到像素单元74中的多个像素741上，其中每个像素741用于接收第二斑点光束中的部分光信号。过滤单元72主要用于滤除背景光或杂散。像素单元74包括由多个像素741组成的二维像素阵列，在一个实施例中，像素单元74包括由单光子雪崩光电二极管(SPAD)组成的像素阵列，SPAD可以对入射的单个光子进行响应并输出指示所接收光子在每个SPAD处相应到达时间的信号。像素单元74中还包括微透镜阵列，微透镜阵列中的每个微透镜742与像素741相匹配，用于汇聚第二斑点光束中的部分光信号至对应的像素741上。

在一个实施例中，接收光学元件71包括具有第一焦距的第一透镜，扩束光学元件73包括具有第二焦距的第二透镜，其中，第二焦距大于第一焦距。在一个实施例中，扩束光学元件73是扩束镜，用于形成强度均匀分布且光斑直径更大的第二斑点光束。

读出电路75包括TDC电路阵列和直方图电路752，用于绘制反映发射器中光源所发射脉冲波形的直方图，进一步地，也可以根据直方图计算飞行时间，最后将结果进行输出。TDC电路阵列包括多个TDC电路751，像素单元74中的每个像素741被配置为与一个TDC电路751连接用于接收和计算所述光子信号的时间间隔，并将所述时间间隔转化为时间码，则多个TDC电路同时对第二斑点光束中被像素采集的光子进行计算，TDC电路阵列输出的时间码经由直方图电路752处理，绘制出反映发射器中光源所发射脉冲波形的直方图，进一步地，也可以根据直方图计算第一斑点光束从发射到接收的飞行时间，最后将结果进行输出。

在一个实施例中，当发射器和采集器被配置为是共轴情形的距离测量系统时，像素741被配置为是合像素(具体设置如前文所述)，每个合像素被配置为连接一个TDC电路。

在一个实施例中，当发射器和采集器被配置为是离轴情形的距离测量系统时，像素741被配置为是超像素(具体设置如前文所述)，每个超像素被配置为连接一个TDC电路。

可以理解的是，通过设置扩束光学元件将第一斑点光束扩束后形成直径更大且光强度均匀的第二斑点光束入射到多个像素上，对于第一斑点光束是由距离采集器更近的第一目标反射回来的情形，通过扩束给像素采集光子提供了缓冲接收时间，即使反射光束中前部的光子更快的入射到像素阵列中，由于多个像素同时采集也能够采集到有效的光子从而在直方图中得到准确的脉冲峰值，计算出正确的距离值。

如图12所示，作为本发明另一实施例，还提出了一种采集器的制造方法，包括如下步骤：

提供接收光学元件，所述接收光学元件用于接收由目标反射回的第一斑点光束；所述第一斑点光束与所述像素单元的一个像素相匹配；

提供扩束光学元件，所述扩束光学元件用于接收所述第一斑点光束并形成光束均匀扩散且光斑直径更大的第二斑点光束；

提供像素单元，所述像素单元包括由多个像素组成的二维像素阵列，用于接收所述第二斑点光束，所述第二斑点光束与多个像素相匹配。

在一些实施例中，像素是合像素，每个合像素包括至少两个SPAD；或，像素是超像素。

在一些实施例中，还包括如下步骤：提供微透镜阵列，该微透镜阵列包括多个微透镜，每个微透镜用于汇聚部分光信号至对应的像素上。

在一些实施例中，接收光学元件包括具有第一焦距的第一透镜，扩束光学元件包括具有第二焦距的第二透镜；其中，第二焦距大于第一焦距。

本申请实施例还提供一种控制装置，包括处理器和用于存储计算机程序的存储介质；其中，处理器用于执行所述计算机程序时至少执行如上所述的方法。

本申请实施例还提供一种存储介质，用于存储计算机程序，该计算机程序被执行时至少执行如上所述的方法。

本申请实施例还提供一种处理器，所述处理器执行计算机程序，至少执行如上所述的方法。

所述存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备、或者它们的组合来实现。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(ROM，Read Only Memory)、可编程只读存储器(PROM，Programmable Read-Only Memory)、可擦除可编程只读存储器(EPROM，ErasableProgrammable Read-Only Memory)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory)、磁性随机存取存储器(FRAM，FerromagneticRandom Access Memory)、快闪存储器(Flash Memory)、磁表面存储器、光盘、或只读光盘(CD-ROM，Compact Disc Read-Only Memory)；磁表面存储器可以是磁盘存储器或磁带存储器。易失性存储器可以是随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(SRAM，Static Random Access Memory)、同步静态随机存取存储器(SSRAM，SynchronousStatic Random Access Memory)、动态随机存取存储器(DRAM，DynamicRandom AccessMemory)、同步动态随机存取存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRSDRAM，Double DataRateSynchronous Dynamic Random Access Memory)、增强型同步动态随机存取存储器(ESDRAM，Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory)、同步连接动态随机存取存储器(SLDRAM，SyncLink Dynamic Random Access Memory)、直接内存总线随机存取存储器(DRRAM，Direct Rambus Random Access Memory)。本发明实施例描述的存储介质旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，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全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，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，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、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。

或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也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，本发明实施例的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)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种距离测量方法，其特征在于，包括：

P1：控制发射器发射脉冲光束；

P2：控制灰度图像获取单元的第一像素阵列采集目标区域的灰度图像，同时控制采集器的第二像素阵列具有第一探测效率，以所述第一探测效率接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的第一光子信号；

P3：根据所述灰度图像中像素点的灰度值调控所述第二像素阵列中对应的所述第二像素的探测效率，直至所述第二像素阵列接收经目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成第二光子信号满足预定需求；

P4：根据所述第二光子信号计算所述脉冲光束从发射到接收的飞行时间；

在步骤P3之前还包括：

预先将灰度值按照顺序分成至少两个梯级，并配置与每一个所述梯级对应的所述第二像素的探测效率；

根据所述梯级对所述灰度图像进行处理以将所述灰度图像分为多个第一闭环区域，所述第一闭环区域内所有像素点的灰度值属于同一梯级；

进一步，根据所述第一闭环区域边界线上像素点的坐标确定所述第二像素阵列中与所述第一闭环区域对应的第二闭环区域，并根据与所述梯级对应的所述探测效率调控所述第二闭环区域内全部所述第二像素的探测效率。

2.如权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，调控所述第二像素阵列的探测效率低于或高于所述第一探测效率。

3.如权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，在步骤P3之前还包括：

预先存储所述灰度图像的灰度值与所述第二像素的探测效率的数值的对应关系表。

4.如权利要求3所述的距离测量方法，其特征在于，根据所述灰度图像中每一个所述像素点的灰度值及所述对应关系表确定所述第二像素的探测效率。

5.一种距离测量系统，其特征在于，包括：

发射器，用于向目标区域发射脉冲光束；

灰度图像获取单元，包括由多个第一像素组成的第一像素阵列，所述第一像素阵列用于采集所述目标区域的灰度图像；

采集器，包括由多个第二像素组成的第二像素阵列，所述第二像素阵列用于接收经所述目标区域反射回的所述脉冲光束中的光子形成的光子信号；

控制和处理电路，与所述发射器、所述灰度图像获取单元以及所述采集器连接，实现如权利要求1-4任一所述的方法。

6.如权利要求5所述的一种距离测量系统，其特征在于，灰度图像获取单元是灰度相机。

7.如权利要求6所述的一种距离测量系统，其特征在于，所述灰度相机与所述采集器具有相同的采集视场使至少一个所述第一像素与至少一个所述第二像素配对。

8.一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1-4任一所述方法的步骤。

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