CN112255637B - 距离测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种距离测量系统及方法，其中，距离测量系统在对目标距离进行计算时，通过引入参考信号，处理器利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理，而非现有技术中通过确定直方图中的峰值位置获取飞行时间，从而使得距离测量系统的测距精度不再受时数转换器时间分辨率和直方图时间间隔(bin)的大小的影响，可以在时数转换器时间分辨率较低时依然获得较高的测距精度，降低了测距系统的成本。
Description
技术领域
本申请属于测距技术领域，尤其涉及一种距离测量系统及方法。
背景技术
利用飞行时间原理(Time of Flight，TOF)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、无人驾驶、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。
基于时间相关的单光子计数测距系统中，时数转换器用于记录光子从发射到被采集的飞行时间，并将该飞行时间作为访问对应存储器的地址，多次测量输入到存储器中构建直方图。在进行距离计算时通常采用的计算方法是对直方图进行峰值匹配，寻找直方图的峰值位置处对应的时间即为飞行时间，进一步根据飞行时间计算距离值。这种计算方法的性能通常受到时数转换器的时间分辨率等因素的限制，若时数转换器的时间分辨率较低则测距精度也会较低，而提升时数转换器的时间分辨率则相对需要较高的成本。
因此，传统的距离测量系统存在测距精度低的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种距离测量系统及方法，旨在解决传统的距离测量系统存在测距精度低的问题。
本申请实施例的第一方面提了一种距离测量系统，包括：
发射器，用于发射脉冲光束；
采集器，用于采集被目标反射的脉冲光束中的光子并生成测量光子信号；以及
处理器，用于根据所述测量光子信号生成测量直方图信号，对耦合信号进行处理生成参考信号，以及利用所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理以计算出所述目标的距离信息，所述耦合信号用于表征所述脉冲光束未被目标反射时的初始状态。
在一个实施例中，所述处理器包括：
读出电路，用于根据所述测量光子信号生成所述测量直方图信号；
采样电路，用于根据耦合信号生成所述参考信号；以及
解调电路，用于利用所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理以计算出所述目标的距离信息。
在一个实施例中，所述读出电路包括至少一个第一时数转换器电路和直方图存储器，所述第一时数转换器电路用于接收所述光子信号并检测光子从发射到被采集的飞行时间并生成对应的测量时间码，利用所述飞行时间作为地址寻找所述直方图存储器中的对应位置并生成所述测量直方图信号。
在一个实施例中，所述采样电路包括模数转换电路，所述模数转换电路用于对所述处理器控制所述发射器发射所述脉冲光束的触发信号进行采样，并输出参考电脉冲信号作为所述耦合信号。
在一个实施例中，距离测量系统所述还包括覆盖层，所述覆盖层设置于所述距离测量系统的脉冲光束收发侧；所述发射器发射的脉冲光束穿过所述覆盖层时，所述采集器还用于采集所述覆盖层反射的光子并输出为参考光子信号，所述参考光子信号为所述耦合信号。
在一个实施例中，所述采样电路包括至少一个第二时数转换器电路和直方图存储器，所述第二时数转换器电路用于接收所述参考光子信号并检测参考光子从发射到被采集的参考飞行时间，利用所述参考飞行时间作为地址寻找所述直方图存储器中的对应位置并生成所述参考信号。
在一个实施例中，所述解调电路包括：
加法器模块，用于将所述参考信号和所述测量直方图信号在同一时刻相加并输出为调制信号；
时域均衡模块，用于对所述调制信号进行时域均衡并输出为时域均衡信号；以及
第一调节模块，用于根据所述参考信号和所述时域均衡信号，调节所述时域均衡模块的参数；
所述处理器根据所述时域均衡信号，确定所述目标的距离信息。
在一个实施例中，所述解调电路包括：
第一傅里叶变换模块，用于对所述测量直方图信号进行傅里叶变换；
频域均衡模块，用于对所述第一傅里叶变换模块输出的测量直方图信号进行频域均衡并输出为频域均衡信号；以及
第二调节模块，用于根据所述参考信号和所述频域均衡信号，调节所述时域均衡模块的参数；
所述处理器根据所述频域均衡信号，确定所述目标的距离信息。
在一个实施例中，所述解调电路包括：
第二傅里叶变换模块，用于在同一时间刻度下分别对所述参考信号和所述测量直方图信号进行傅里叶变换，并输出0延时参考信号和有效信号；和
频域转换电路，用于对所述0延时参考信号和所述有效信号进行计算处理获得所述目标的距离信息。
本申请实施例的第二方面提了一种距离测量方法，包括：
控制发射器发射脉冲光束；
控制采集器采集被目标反射的所述脉冲光束中的光子并生成测量光子信号；
根据所述测量光子信号生成测量直方图信号；
获取用于表征所述脉冲光束未被目标反射时的初始状态的耦合信号，并根据所述耦合信号生成参考信号；
基于所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理，以计算所述目标的距离信息。
本申请实施例的第三方面提了一种处理设备，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如上所述方法的步骤。
本申请实施例的第四方面提了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述方法的步骤。
上述的距离测量系统，在对目标距离进行计算时，通过引入参考信号，处理器利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理，而非现有技术中通过确定直方图中的峰值位置获取飞行时间，从而使得距离测量系统的测距精度不再受时数转换器时间分辨率和直方图时间间隔(bin)的大小的影响，可以在时数转换器时间分辨率较低时依然获得较高的测距精度，降低了测距系统的成本。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的距离测量系统的结构示意图；
图2为图1所示的距离测量系统的示例原理图；
图3为图2所示的距离测量系统的另一示例原理图；
图4为图1所示的距离测量系统中处理器的结构示意图；
图5为图4所示的处理器的解调电路的结构示意图；
图6为图5所示的解调电路的时域均衡模块的结构示意图；
图7为图6所示的时域均衡模块输出的数值图案；
图8为图4所示的处理器的解调电路的另一结构示意图；
图9为图4所示的处理器的解调电路的另一结构示意图；
图10为本申请一实施例提供的距离测量方法的具体流程图；
图11是本申请实施例提供的处理设备的示意图
具体实施方式
为了使本申请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，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
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。
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申请和简化描述，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申请的限制。
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个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1示出了本申请第一实施例提供的距离测量系统的电路示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本实施例中的距离测量系统，包括：发射器11、采集器12以及处理器21，发射器11用于发射脉冲光束30；采集器12用于采集被目标20反射的脉冲光束30中的光子并生成测量光子信号；处理器21用于根据测量光子信号生成测量直方图信号，对耦合信号进行处理生成参考信号，以及利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理以计算出目标20的距离信息，耦合信号用于表征脉冲光束30未被目标20反射时的初始状态。
应理解，测量直方图信号内包含目标20的距离信息。发射器11由处理器21触发控制，即处理器21可以通过输出一个触发信号来控制发射器11朝向目标20发射脉冲光束30，触发信号为脉冲信号或脉冲宽度调制信号。还可以通过手动的方式，使得发射器11朝向目标20发射脉冲光束。耦合信号为该触发信号或者参考光子信号；其中，触发信号为处理器21输出的同步触发发射器11与采集器12的触发信号；参考光子信号为发射器11中发射的脉冲光束30中未被目标20反射而直接被采集器12接收的光子所生成的信号。解调电路213包括自适应均衡器或频域变换器。处理器21同步发射器11与采集器12的触发信号，可以计算脉冲光束30中的光子从发射到接收所需要的飞行时间以及进一步计算出目标的距离信息。
本实施例中的距离测量系统，在对目标20距离进行计算时，通过引入参考信号，处理器21利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理，而非现有技术中通过确定直方图中的峰值位置获取飞行时间。由此，距离测量系统的测距精度不再受时数转换器时间分辨率和直方图时间bin的大小的影响，可以在时数转换器时间分辨率较低时依然获得较高的测距精度，降低了测距系统的成本。其中，时间bin即时间间隔，直方图的横坐标为时间，纵坐标为光子计数值，直方图存储器的位置对应直方图的横坐标上的组距，即时间bin。
请参阅图2，在一个实施例中，发射器11包括光源111、发射光学元件112以及驱动器113，驱动器113与处理器21和光源111连接，光源111用于在处理器21的控制下以预设频率对外发送脉冲光束30，脉冲光束30经过发射光学元件112投射到目标20上。
应理解，本实施例中的光源111是在单块半导体基底上生成多个垂直腔面激光发射器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)光源111以形成的VCSEL阵列光源芯片，在其他实施例中光源111还可以为其他类型的半导体发射器11，例如平行共振腔表面的边发射激光器。其中，光源111可以在处理器21的控制下以预设频率(脉冲周期)向外发射脉冲光束30，脉冲光束30经过发射光学元件112投射到目标20场景上形成照明斑点，其中，预设频率根据测量距离进行设定。发射光学元件112用于汇聚光源111所发射的脉冲光束30并向目标20发射。驱动器113为LED驱动器，用于驱动光源111。应理解，处理器21包括有脉冲信号输出电路，用于输出控制发射器11的触发信号。
本实施例中的发射器11通过采用光源111、发射光学元件112以及驱动器113，实现了在处理器21的控制下，以预设频率对目标20发送脉冲光束30，从而实现了处理器21和发射器11的联动性，使得处理器21可实时控制发射器11并获知脉冲光束30未被目标20反射时的初始状态。
请参阅图2，在一个实施例中，采集器12包括：像素阵列121和接收光学元件123，接收光学元件123将目标20反射的脉冲光束30成像到像素阵列121上，像素阵列121对该脉冲光束30中入射的单个光子进行响应并输出测量光子信号。
可选的，像素阵列121包括多个采集光子的像素，像素可以是雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)、单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)等单光子器件。发射器11朝向目标20发射脉冲光束30，经目标20反射的反射光束成像到像素阵列121中，像素阵列121中的像素采集被目标20反射的脉冲光束30中的光子生成测量光子信号。
在一个实施例中，像素阵列121包括由多个SPAD组成的二维像素阵列，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处相应到达时间的光子信号。一般地，采集器12还包括与像素阵列121连接的信号放大器、时数转换器、数模转换器等器件中的一种或多种组成的读出电路211(图中未示出)。这些电路即可以与像素整合在一起，作为采集器12的一部分，也可以作为处理器21的一部分，后面为便于描述，将统一视作处理器21的一部分。
可选的，请参阅图3，采集器12还可以包括过滤单元122，过滤单元122设置于像素阵列121和接收光学元件123中间，过滤单元122用于去除环境中的杂光干扰，使得成像到像素阵列121上的脉冲光束30为发射器11所发射的脉冲光束30。
请参阅图4，在一个实施例中，处理器21包括读出电路211、采样电路212以及解调电路213，读出电路211用于对测量光子信号进行处理生成测量直方图信号，采样电路212用于对耦合信号进行处理生成参考信号，解调电路213用于利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理以计算出目标20的距离信息。
可选的，读出电路211包括至少一个第一时数转换器电路和直方图存储器，第一时数转换器电路用于接收光子信号并检测光子从发射到被采集的飞行时间，利用飞行时间作为地址寻找直方图存储器中的对应位置并生成测量直方图信号。
进一步地，本实施例中的读出电路211的工作过程为：第一时数转换器电路接收光子信号、检测光子从发射到被采集的飞行时间并生成对应的测量时间码，利用测量时间码作为地址寻找直方图存储器中的对应位置，使得直方图存储器的对应位置内存储的计数值加“1”，使用直方图存储器的位置作为时间bin构造直方图，记为测量直方图信号。
在一个实施例中，采样电路212包括模数转换电路，模数转换电路用于对处理器21控制发射器11发射脉冲光束30的触发信号进行采样，并输出参考电脉冲信号作为耦合信号。
应理解，处理器21控制发射器11发射脉冲光束30的触发信号与处理器21控制采集器12采集脉冲光束30的触发信号是同步输出的；或者处理器21输出一个触发信号同时触发发射器11和采集器12。
应理解，其中模数转换电路的采样率匹配读出电路211中时数转换器电路的时间分辨率，处理电路将调控发射器11发射脉冲的电脉冲信号作为表征发射器11发射脉冲光束30的初始状态的耦合信号输入到模数转换电路中采样，经过模数转换电路输出的参考电脉冲信号记为参考信号。
在一个实施例中，还包括覆盖层，覆盖层设置于距离测量系统10的脉冲光束收发侧，发射器11发射的脉冲光束30穿过覆盖层时，采集器12还用于采集覆盖层反射的光子并输出为参考光子信号，参考光子信号为耦合信号。
应理解，覆盖层可由任何合适的材料制成，例如玻璃和塑料。脉冲光束收发侧为距离测量系统10中设有发射器11和采集器12的一侧，且发射器11中的发射光学元件和采集器12的接收光学元件与脉冲光束收发侧正相对。当发射脉冲光束30穿过覆盖层时，部分光束可从覆盖层反射成为覆盖反射光束入射到采集器12中，采集器12中的参考像素阵列121用于接收覆盖反射光束并生成参考光子信号输入采样电路212，采样电路212对参考光子信号进行处理生成参考信号。
可选的，采样电路212包括至少一个第二时数转换器电路和直方图存储器，第二时数转换器电路用于接收参考光子信号并检测参考光子从发射到被采集的参考飞行时间，利用参考飞行时间作为地址寻找直方图存储器中的对应位置并生成参考信号。
进一步地，本实施例中的采样电路212的工作过程为：包括至少一个第二时数转换器电路和直方图存储器，时数转换器电路接收参考光子信号、检测参考光子的参考飞行时间并生成对应的参考时间码，利用参考时间码作为地址寻找直方图存储器中的对应位置，使得直方图存储器的对应位置处存储的计数值加“1”，使用直方图存储器的位置作为时间bin构造直方图形成参考直方图信号即为参考信号，参考直方图信号等效于上述的参考电脉冲信号。
在一个实施例中，解调电路213为采用自适应均衡的方法对测量直方图信号进行解调，即利用自适应均衡电路用于对参考信号和测量直方图信号进行计算和调节处理以确定辅径抽头的位置，进一步确定目标20的距离信息。
可选的，请参阅图5，解调电路213包括加法器模块2131、时域均衡模块2132以及第一调节模块2133，加法器模块2131用于将参考信号和测量直方图信号在同一时刻相加并输出为调制信号；时域均衡模块2132用于对调制信号进行时域均衡并输出为时域均衡信号；第一调节模块2133用于根据参考信号和时域均衡信号，调节时域均衡模块2132的参数；处理器21根据时域均衡信号，确定所述目标的距离信息。时域均衡模块2132的参数为时域均衡模块2132中的均衡器或滤波器的滤波系数。
应理解，本实施例中的加法器模块2131、时域均衡模块2132以及第一调节模块2133构成自适应均衡电路，时域均衡模块具体为用于在时间响应上，对由参考信号和测量直方图信号构成的时域均衡电路进行系统矫正，从而减少码间串扰的影响。
具体地，采样电路212生成的参考信号和测量直方图信号在同一时间刻度下经过加法器模块2131相加后串行输入到上分支的时域均衡模块2132；参考信号作为单独串行输入到下分支的第一调节模块2133。其中，上下分支串行输入的节拍一致，第一调节模块2133与时域均衡模块2132按照“自适应均衡”的方式进行计算和调节处理，主要用于调节均衡器抽头系数，待抽头系数调节稳定后，确定辅径抽头(负方向最大径)的位置即可确定被测目标20的距离信息。
请参阅图6，图6所示是一个实施例中的时域均衡模块2132的结构示意图。在一个实施例中，时域均衡模块2132的结构为可变系数的有限长单位冲激响应(Finite ImpulseResponse，FIR)滤波器。滤波器系数为wi，i＝1、2、3……wi的个数可以根据直方图中时间bin的个数确定，也可以根据需要设置为小于或大于时间bin的个数。FIR滤波器中的系数初始值可以被置为10000…，也可以被置为…00010000…，初始值中只有一个系数wi设置为1，在1后面设置的系数为0的个数需要覆盖被测物的距离范围。
本实施例中的解调电路213的调节过程为：将测量直方图信号中每个时间bin内的光子计数值串行送入时域均衡模块2132，每个时间bin的值与对应的wi相乘后将所有的wi相加的计算结果反馈输入到第一调节模块2133中，与参考信号做运算求出wi的调整值。随后接收下一帧有直方图信号重复迭代上述调节过程直到系数wi收敛。在一些实施例中，判断系数收敛的方法可以采用控制迭代固定的轮数；或者也可以通过判断系数的变化足够小时确定收敛。在一些实施例中，第一调节模块2133采用的调节算法包括最小均方算法、最小二乘法等，也可以采用其他自适应均衡的调节算法。
经过调节后收敛的系数wi，会呈现出如图7所示的数值图案，处理器21确定辅径抽头wn的位置即可求出目标20的距离，其中wn相对于w1的距离值即为目标20的距离。在一些实施例中，确定wn位置的方法可以采用直接找出负方向上的最大径；或者可以通过预设门限找出超过门限的wn，其中wn的个数至少为一个，比如如前述在采集器12上方设置覆盖层时，则可以找到至少两个wn。
可选的，请参阅图8，在一个实施例中，解调电路213包括：第一傅里叶变换模块2134、频域均衡模块2135以及第二调节模块2136；第一傅里叶变换模块2314用于对测量直方图信号进行傅里叶变换；频域均衡模块2135用于对第一傅里叶变换模块2134输出的测量直方图信号进行频域均衡并输出为频域均衡信号；第二调节模块2136用于根据参考信号和频域均衡信号，调节频域均衡模块的参数；处理器21根据频域均衡信号，确定目标20的距离信息。
本实施例中的解调电路的自适应均衡方式为将测量直方图信号与参考信号在频域上进行计算和调节处理。第一傅里叶变换模块2134用于将测量直方图信号进行快速傅里叶变换(fast Fourier transform，FFT)后再输入到频域均衡模块2135中，而参考信号直接输入到第二调节模块2136利用自适应均衡的方式进行计算和调节处理；或者也可以将测量直方图信号和参考信号分别经过傅里叶变换后分别输入到频域均衡模块2135和第一调节模块2136后利用自适应均衡的方式进行计算和调节处理。待抽头系数调节稳定后得到系数的数值图案，如图7所示，再寻找wn的位置，最终需要对抽头系数wn进行逆傅里叶变换得到目标20的距离信息。
可以理解的是，在传统的距离测量系统中，直方图存储器中的存储资源需要覆盖从驱动发射器11发送脉冲光束30开始到采集器12采集到反射光束的绝对时间。而在本实施例中，可以节省一部分存储资源，直方图存储器中的存储资源仅仅只需要覆盖从表征发射脉冲光束30的初始状态的耦合信号被采样到被目标20反射的脉冲光束30被采集器12接收的相对时间。因此，本实施例中的解调电路213，通过采样适应均衡电路对测量直方图信号进行解调，可以节省直方图存储器中的存储资源。
可选的，解调电路213的解调方式可以为频域转换方式下的解调，即对参考信号与测量直方图信号作频域转换后，利用参考信号对测量直方图信号进行解调计算目标20的距离信息。
请参阅图9，在一个实施例中，解调电路包括：第二傅里叶变换模块2137和频域转换电路2138；第二傅里叶变换模块2137用于在同一时间刻度下分别对参考信号和测量直方图信号进行傅里叶变换，并输出0延时参考信号和有效信号；频域转换电路2138用于对0延时参考信号和有效信号进行计算处理获得所述目标的距离信息。
具体地，采样电路212输出的参考信号和读出电路211输出的测量直方图信号在同一时间刻度下分别经过FFT变换后获得0延时参考信号以及有效信号，频域转换电路2138对0延时参考信号和有效信号进行计算处理获得距离信息。具体的，在背景光对有效信号影响较小的情况下，有效信号相较于0延时参考信号在时域上相差一个固定延时(飞行时间)t，该延时t映射到频域上即为一个相位差wt，通过计算该相位差可以获得延时信息t。在一些实施例中，计算相位差wt的方法可以通过求对数或者是求三角函数等计算方法获得。
应理解，本实施例中的解调电路213通过采用第二傅里叶变换模块2137和频域转换电路2138对测量直方图信号进行解调，即采用将测量直方图信号从时域直接转换到频域下计算的解调方法，从而可以快速高效的对测量直方图信号进行处理。
图10示出了本申请第一实施例提供的距离测量方法的具体流程图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
本实施例中的距离测量方法应用于上述距离测量系统中，本实施例中的距离测量方法包括：
步骤S100：控制发射器11发射脉冲光束30；
应理解，可以通过输出一个触发信号来控制发射器11朝向目标20发射脉冲光束30，触发信号为脉冲信号或脉冲宽度调制信号。触发信号还可以包括角度调整信息，用于调整发射器11的角度和位置以使发射器11朝向目标20发射脉冲光束30，即使得发射器11发射的脉冲光束30尽可能多的照射到目标20。
步骤S200：控制采集器12采集被目标20反射的脉冲光束30中的光子并生成测量光子信号；
应理解，采集器12每接受一被目标20反射的光子即生成一测量光子信号，测量光子信号包括该光子从发射到被接收的时间信息。
应理解，触发发射器11的触发信号和触发采集器12的触发信号为同一信号，或者为同步输出的两个信号。
步骤S300：根据测量光子信号生成测量直方图信号；
应理解，可利用测量光子信号所包含的时间信息和测量光子信号数量来构成测量直方图，测量直方图上的数据分布即为测量直方图信号，测量直方图信号内包含目标20的距离信息。
在一个实施例中，步骤S300具体包括：
1、根据测量光子信号检测光子从发射到被采集的飞行时间并生成对应的测量时间码。应理解，可以通过时数转换器，获取该测量光子信号中光子从发射到被采集的飞行时间并输出为时间码，该时间码记为测量时间码。
2、将测量时间码存储到直方图存储器中对应的位置，直方图存储器的对应位置的光子计数值加一。
3、将直方图存储器的位置作为时间bin构造测量直方图，测量直方图所表征的信息为测量直方图信号。
步骤S400：获取用于表征脉冲光束30未被目标20反射时的初始状态的耦合信号，并根据耦合信号生成参考信号；
应理解，耦合信号可以为采集器12采集的由覆盖层反射的光子而生成的参考光子信号，或控制发射器11朝向目标20发射脉冲光束30的触发信号，耦合信号包括光子的初始时间信息，可以通过对耦合信号进行采样或构建直方图等处理以生成参考信号。
可选的，在一个实施例中，步骤S400具体包括：
1、选取控制发射器11发射脉冲光束30的触发信号作为耦合信号；应理解，触发信号可以为电脉冲信号。
2、通过模数转换电路对耦合信号采样。
3、将模数转换电路采样输出的参考电脉冲信号记为参考信号。
可选的，在一个实施例中，步骤S400具体包括：
1、接收参考光子信号并记为耦合信号，参考光子信号为采集器12上方的覆盖层反射的脉冲光束30中的光子信号。
2、根据参考光子信号生成参考时间码。
3、将参考时间码存储到直方图存储器的对应位置处，直方图存储器的对应位置的光子计数值加一。
4、使用直方图存储器的位置作为时间单位构造参考直方图，参考直方图所表征的信息为参考信号。
步骤S500：基于参考信号对测量直方图信号进行解调处理，以计算目标20的距离信息。
应理解，可以通过自适应均衡电路或频域转换电路511实现对测量直方图信号的解调处理，从而计算出目标20的距离信息。
应理解，可以通过频域变换等处理对测量直方图信号进行解调，或者可以通过自适应均衡解调方法对测量直方图信号进行解调。
本实施例中的距离测量方法，在对目标20距离进行计算时，通过引入参考信号，并利用参考信号对测量直方图信号进行解调处理，而非现有技术中通过确定直方图中的峰值位置获取飞行时间，从而实现距离测量的测距精度不再受时数转换器的时间分辨率和直方图时间间隔的大小的影响，可以在时数转换器的时间分辨率较低时依然获得较高的测距精度，降低了测距的成本。
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，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
图11是本申请一实施例提供的处理设备的示意图。如图11所示，该实施例的处理设备6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个距离测量方法实施例中的步骤，例如图10所示的步骤S100至S500。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中处理器中各电路的功能，例如图5所示的读出电路、采样电路以及解调电路的功能。
示例性的，所述计算机程序62可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器60执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/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，该指令段用于描述所述计算机程序62在所述处理设备6中的执行过程。
所述处理设备6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述处理设备可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图11仅仅是处理设备6的示例，并不构成对处理设备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，例如所述处理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)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Prograable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、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。
所述存储器61可以是所述处理设备6的内部存储单元，例如处理设备6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述处理设备6的外部存储设备，例如所述处理设备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，所述存储器61还可以既包括所述处理设备6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述处理设备所需的其他程序和数据。所述存储器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，即将所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，可以参见其他实施例的相关描述。
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申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。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，所述模块或单元的划分，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。
所述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，在本申请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。
所述集成的模块/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，本申请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令相关的硬件来完成，所述的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，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述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。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述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。需要说明的是，所述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申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种距离测量系统，其特征在于，包括：
发射器，用于发射脉冲光束；
采集器，用于采集被目标反射的脉冲光束中的光子，并生成测量光子信号；以及
处理器，用于根据所述测量光子信号生成测量直方图信号，对耦合信号进行处理生成参考信号，以及利用所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理以计算出所述目标的距离信息，所述耦合信号用于表征所述脉冲光束未被目标反射时的初始状态；
所述处理器包括：
读出电路，用于根据所述测量光子信号生成所述测量直方图信号；
采样电路，用于根据耦合信号生成所述参考信号；以及
解调电路，用于利用所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理以计算出所述目标的距离信息；
所述解调电路包括：
加法器模块，用于将所述参考信号和所述测量直方图信号在同一时刻相加并输出为调制信号；
时域均衡模块，用于对所述调制信号进行时域均衡并输出为时域均衡信号；以及
第一调节模块，用于根据所述参考信号和所述时域均衡信号，调节所述时域均衡模块的参数；
所述处理器根据所述时域均衡信号，确定所述目标的距离信息。
2.如权利要求1所述的距离测量系统，其特征在于，所述读出电路包括至少一个第一时数转换器电路和直方图存储器，所述第一时数转换器电路用于接收所述光子信号并检测光子从发射到被采集的飞行时间，利用所述飞行时间作为地址寻找所述直方图存储器中的对应位置并生成所述测量直方图信号。
3.如权利要求1所述的距离测量系统，其特征在于，所述采样电路包括模数转换电路，所述模数转换电路用于对所述处理器控制所述发射器发射所述脉冲光束的触发信号进行采样，并输出参考电脉冲信号作为所述耦合信号。
4.如权利要求1所述的距离测量系统，其特征在于，所述距离测量系统还包括覆盖层，所述覆盖层设置于所述距离测量系统的脉冲光束收发侧；所述发射器发射的脉冲光束穿过所述覆盖层时，所述采集器还用于采集所述覆盖层反射的光子并输出为参考光子信号，所述参考光子信号为所述耦合信号。
5.如权利要求4所述的距离测量系统，其特征在于，所述采样电路包括至少一个第二时数转换器电路和直方图存储器，所述第二时数转换器电路用于接收所述参考光子信号并检测参考光子从发射到被采集的参考飞行时间，利用所述参考飞行时间作为地址寻找所述直方图存储器中的对应位置并生成所述参考信号。
6.如权利要求1～5任意一项所述的距离测量系统，其特征在于，所述解调电路包括：
第一傅里叶变换模块，用于对所述测量直方图信号进行傅里叶变换；
频域均衡模块，用于对所述第一傅里叶变换模块输出的测量直方图信号进行频域均衡并输出为频域均衡信号；以及
第二调节模块，用于根据所述参考信号和所述频域均衡信号，调节所述频域均衡模块的参数；
所述处理器根据所述频域均衡信号，确定所述目标的距离信息。
7.如权利要求1～5任意一项所述的距离测量系统，其特征在于，所述解调电路包括：
第二傅里叶变换模块，用于在同一时间刻度下分别对所述参考信号和所述测量直方图信号进行傅里叶变换，并输出0延时参考信号和有效信号；和
频域转换电路，用于对所述0延时参考信号和所述有效信号进行计算处理获得所述目标的距离信息。
8.一种距离测量方法，其特征在于，包括：
控制发射器发射脉冲光束；
控制采集器采集被目标反射的所述脉冲光束中的光子并生成测量光子信号；
根据所述测量光子信号生成测量直方图信号；
获取用于表征所述脉冲光束未被目标反射时的初始状态的耦合信号，并根据所述耦合信号生成参考信号；
基于所述参考信号对所述测量直方图信号进行解调处理，以计算所述目标的距离信息，包括：将所述参考信号和所述测量直方图信号在同一时刻相加并输出为调制信号；对所述调制信号进行时域均衡并输出为时域均衡信号；以及根据所述参考信号和所述时域均衡信号，调节时域均衡模块的参数；根据所述时域均衡信号，确定所述目标的距离信息。
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