CN112526534B - ToF传感装置及其距离检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种ToF传感装置及其距离检测方法，所述ToF传感装置的距离检测方法，包括：采用所述图形化光源发射图形化的检测光，照射检测视场；传感阵列接收检测视场内的被测物体的反射光，并产生传感信号；根据所述传感信号，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A以及所述亮区域外围的暗区域的实际检测值B，所述亮区域包括接收到直接反射光的亮像素单元，所述暗区域包括位于所述亮区域外围的未接收到直接反射光的暗像素单元；根据所述实际检测值B，对所述实际检测值A进行修正，获得修正检测值A'；根据所述修正检测值A'，获取所述亮区域对应的被测位置处的距离信息。上述方法能够提高距离检测的准确性。

Description

ToF传感装置及其距离检测方法
技术领域
本申请涉及传感技术领域，具体涉及一种ToF传感装置及其距离检测方法。
背景技术
飞行时间(ToF，Time of Flight)传感器通过检测发出的调制检测光从发射到接收的时间间隔或往返被测物体一次所产生的相位差来实现对被测物体的距离、三维结构或三维轮廓的测量。ToF传感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。
在实际的距离检测过程中，由于被测视场内环境复杂，通常会存在多个反射表面，产生多路径反射以及散射光等非直接反射光，会影响到距离检测的准确性。但是现有的距离检测方法中，无法判断检测结果是否受到了多路径反射光的影响，以及受到影响的程度，因此，无法对检测结果进行修正。
因此，如何提高距离检测的准确性是目前亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本申请提供一种ToF传感装置及距离检测方法，以提高距离检测的准确性。
本申请提供的一种ToF传感装置的距离检测方法，所述ToF传感装置包括图形化光源以及传感阵列，所述图形化光源用于发射具有图形化光区域的检测光，所述传感阵列包括若干阵列分布的像素单元；所述距离检测方法包括：采用所述图形化光源发射图形化的检测光，照射检测视场；传感阵列接收检测视场内的被测物体的反射光，并产生传感信号；根据所述传感信号，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A以及所述亮区域外围的暗区域的实际检测值B，所述亮区域与所述检测光的图形化光区域对应，包括亮像素单元；所述亮区域以外为暗区域，包括暗像素单元；根据所述实际检测值B，对所述实际检测值A进行修正，获得修正检测值A'；根据所述修正检测值A'，获取所述亮区域对应的被测位置处的距离信息。
可选的，所述亮区域包括接收到的直接反射光的强度大于平均反射光强度的亮像素单元，所述暗区域包括位于所述亮区域外围的未接收到直接反射光或接收到的直接反射光强度低于平均反射光强度的暗像素单元。
可选的，所述亮像素单元接收到的反射光强度是临近的暗像素单元接收到的反射光强度的3倍以上。
可选的，所述图形化的检测光至少包括一条线条状图形，在所述传感阵列内形成若干线条状的亮区域，每个亮区域内包含多个像素单元。
可选的，各个亮区域之间平行排布，或者至少两个亮区域之间存在交叉。
可选的，所述修正检测值A'＝A-B。
可选的，根据在无非直接反射光环境下标定的亮区域的无干扰检测值和暗斑区域的无干扰检测值之间的关系，以及所述实际检测值B，对所述实际检测值A进行修正，获得所述修正检测值A'。
可选的，标定所述亮区域的无干扰检测值和暗斑区域的无干扰检测值之间的关系的方法包括：在无非直接反射光环境内的多个测量条件下，获取的亮区域的多个无干扰检测值A0和对应的多个暗区域的无干扰检测值B0；通过拟合运算，得到无干扰检测值A0和无干扰检测值B0之间的关系式。
可选的，所述多个测量条件包括：以不同距离照射漫反射平面板或者以不同光强度照射漫反射平面板。
可选的，以关系式B0＝γA0进行拟合运算，获得亮区域对暗区域的影响系数γ；根据所述实际检测值B和所述影响系数γ，对所述实际检测值A进行修正，得到修正检测值
可选的，以关系式B0＝γA0进行拟合运算，获得亮区域对暗区域的影响系数γ；根据所述实际检测值B、所述影响系数γ以及像素单元都在不同光强下的检测值之间的比例系数α，对实际检测值A进行修正，得到修正检测值
可选的，所述实际检测值包括：单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种；所述无干扰检测值包括：标定过程中，单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种。
可选的，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A包括：分别获取每个亮像素单元的实际检测值Ai，i对应于第i个亮像素单元；获取暗区域的实际检测值B包括：根据与该亮像素单元接近的至少一个暗像素单元的检测值，获得所述实际检测值Bi；根据所述实际检测值Bi，对相应的亮像素单元的实际检测值Ai进行修正，获得各个亮像素单元的修正检测值Ai’。
本发明的技术方案还提供一种ToF传感装置，包括：图形化光源，所述图形化光源用于发射图形化检测光；传感阵列，包括若干阵列分布的像素单元，用于接收被测物体的反射光；处理器，连接所述图形化光源及传感阵列，用于控制所述图形化光源发射检测光，以及获取所述传感阵列内各像素单元产生的检测值；
存储器，所述存储器内存储有能够被所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时能够执行上述任一项所述的距离检测方法。
可选的，所述图形化的检测光至少包括一条线条状图形，在所述传感阵列内形成若干线条状分布的亮区域，每个亮区域内包含多个像素单元。
可选的，各个亮区域之间平行排布，或者至少两个亮区域之间存在交叉。
本申请还提供一种ToF传感装置，包括：线状光源，用于产生包括至少一条线条状光区域的检测光；传感阵列，所述传感阵列包括若干阵列分布的像素单元，用于接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；处理器，连接所述线状光源及所述传感阵列，用于控制所述线状光源发射检测光，并根据所述检测值获取相应的距离信息。
可选的，所述检测光内的单个线条状光区域的光被反射后，在传感阵列内形成的线条状亮区域的宽度小于等于5个像素单元的宽度；相邻线条状亮区域之间间隔大于等于3个像素单元。
可选的，所述检测光包括若干条线条状光区域，所述线条状光区域之间相互平行。
本申请还提供一种ToF传感装置的距离检测方法，包括：采用包括至少一条线条状光区域的检测光照射被测视场；接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；根据所述检测值，获取被测视场内位于所述检测光照射范围内的被测物体的距离信息。
本发明的ToF传感装置具有图形化光源，相应的直接反射光能够在传感阵列产生图形化的亮区域和暗区域，由于暗区域接收到直接反射光较弱，暗区域的实际检测值主要由非直接反射光造成，根据暗区域的实际检测值对亮区域的实际检测值进行修正，可以消除非直接反射光对亮区域的实际检测值的影响，从而提高距离检测的准确性。
进一步的，结合亮像素单元对暗像素单元的影响系数γ以及暗区域的实际检测值B，对亮区域的实际检测值进行修正，可以进一步提高距离检测的准确性。
进一步的，结合像素单元都在不同光强下的检测值之间的比例系数α、影响系数γ以及暗区域的实际检测值B，对亮区域的实际检测值进行修正，可以进一步提高距离检测的准确性。
本发明还提出一种具有线状光源的ToF传感装置，能够发出产生包括至少一条线条状光区域的检测光，采用具有线条状光区域的检测光进行距离检测，无需对检测结果进行修正，就能够显著减小非直接反射光对于距离检测结果的影响，提高距离检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。
图1是本申请一实施例的ToF传感装置的结构示意图；
图2是本申请一实施例的距离检测方法的流程示意图；
图3a至图3d是本申请实施例的亮区域的分布示意图；
图4a至图4b是本申请的实施例的用于实际检测值的亮像素单元和暗像素单元的分布示意图；
图5是本申请的实施例的用于实际检测值的亮像素单元和暗像素单元的分布示意图；
图6是本申请一实施例的距离检测过程的电荷累积窗口及检测光、反射光的时序示意图；
图7是本申请另一实施例的距离检测过程的电荷累积窗口及检测光、反射光的时序示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有技术利用ToF传感装置进行距离检测过程中，受到多路径反射光以及散射光等非直接反射光的影响，导致距离检测的准确性受到影响。
下面结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
请参考图1，为本发明一实施例的ToF传感装置的结构示意图。
所述ToF传感装置包括图形化光源101、具有多个阵列排布的像素单元的传感阵列102、处理器103以及存储器104。
所述图形化光源101用于发射具有图形化光区域的检测光。所述检测光仅能够照射至检测视场内一定图形区域的被测物体。
所述具有图形化光区域的检测光可以为多个分散的圆形光束、线条形光束中的至少一种。在一个实施例中，所述检测光包括线条状的多个光区域，照射检测视场内的部分区域，被测物体对检测光的图形化光区域进行反射后的反射光在传感阵列上形成与检测光的图形化光区域对应的受光图形区域，传感阵列的部分区域接收到较强的直接反射光，作为亮区域，而其他区域的像素单元则未直接接收到直接反射光或接受到的直接反射光较弱。可以将调制后的具有较大辐射面的光线透过图形化的透光结构，从而产生所述图形化的检测光。
在一些实施例中，还可以根据接收到的直接反射光的强度进行亮区域和暗区域的判断。所述亮区域包括接收到的直接反射光的强度大于平均反射光强度的亮像素单元，所述暗区域包括位于所述亮区域外围的未接收到直接反射光或接收到的直接反射光强度低于平均反射光强度的暗像素单元。所述平均反射光强度为单位时间内的接收到的反射光的总能量对所有像素单元的平均值，所述反射光包括直接反射光以及多路径反射光、散射光等其他非直接反射光。
在一些实施例中，所述亮像素单元接收到的反射光强度是临近的暗像素单元接收到的反射光强度的3倍以上，使得亮像素单元与暗像素单元接收到的光强度有明显的差异。
所述图形化光源101可以包括阵列分布的若干发出直线光束的点光源、或者将面光源通过图形化光学结构进行光学整形，产生分散点状光斑或产生线条状光区域。
所述处理器103连接所述图形化光源101以及传感阵列102，用于控制所述图形化光源101发射检测光，以及获取所述传感阵列内的像素单元产生的传感信号，从而获得对应的检测值，所述检测值与像素单元接收的反射光的光强相关。在一些实施例中，所述检测值对应于像素单元在一定时间内产生的感应电荷总量，具体的，可以为电压或电流等模拟或数字形式的电信号。
所述处理器103被配置为控制所述ToF传感装置进行距离检测。
所述存储器104，与所述处理器103连接。所述存储器104内存储有能够被所述处理器103执行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器103执行时，能够进行距离检测。
在一个实施例中，所述ToF传感装置的图形化光源为线状光源，用于产生包括至少一条线条状图形的检测光；所述传感阵列包括若干阵列分布的像素单元，用于接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；所述处理器连接所述线状光源及所述传感阵列，用于控制所述线状光源发射检测光，并根据所述检测值获取相应的距离信息。
所述线状光源可以包括激光光源、聚焦透镜以及线性发散元件，通过聚焦透镜将激光光源产生的具有一定发散性的光线聚焦成点光源后，通过线性发散元件对所述点光源在单一方向上进行发散，从而形成沿单一方向延伸的线条状检测光。在其他实施例中，所述线状光源还可以具有其他结构，以产生具有线条状图形的检测光。
所述ToF传感装置的距离检测方法包括：采用包括至少一条线条状图形的检测光照射被测视场；接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；根据所述检测值，获取被测视场内位于所述检测光照射范围内的被测物体的距离信息。
根据所述检测值，获取被测视场内位于所述检测光照射范围内的被测物体的距离信息的方法，可以采用常规的ToF测距的计算方法计算得到。在一个实施例中，采用图6所示的脉冲时序发射检测光，可以得到对应的亮区域内相应的第i个像素单元对应的被测位置处的距离：其中，Ai1、Ai2和Ai3分别为亮区域内第i个亮像素单元由累积窗口G1、G2和G3累积感应电荷而产生的实际检测值。在另一实施例中，采用图7所示的电荷累积窗口及检测光、反射光的时序，所述反射光周期为T，在一个周期T内，依次对反射光的感应电荷在Δt时间内进行累积，获得实际检测值c(τ0)、c(τ1)、c(τ2)以及c(τ3)；从而得到相位差进而得到距离：
根据亮区域内像素单元产生的实际检测值，直接计算得到检测距离，无需进行修正，可以减少计算量，提高检测效率，降低计算功耗。
在一些实施例中，所述ToF传感装置的线状光源产生的检测光可以仅包括一条线条状图形，所述线条状图形在传感阵列内产生一条线条状亮区域301(请参考图3a)。直接通过线状光源照射被测物体，所述线条状亮区域301内的像素单元接收到反射光后产生检测值，根据所述检测值直接计算出被检测光照射到的被测物体的距离信息，无需对检测值进行修正，就能够在一定程度上减少非直接反射光对检测结果的影响，提高距离检测的准确性。在仅需要获取视场内被测物体局部距离信息的应用场景下，采用具有线状光源的ToF检测装置，能够高效便捷的提高距离检测的准确性。
以图3a作为示例进行阐述，当对应于传感阵列102的右侧区域内存在近景物体或多路径影响时，由该物体产生的非直接反射光近似均匀分布于左侧区域内的各像素单元上。采用线条状检测光相比面光源，使得亮区域301占据的像素数量较少，亮区域内接收到的非直接反射光相对直接反射光的比值即会降低，从而能够降低非直接反射光对于亮区域301内的像素单元产生的检测值的影响，从而提高检测的准确性。
为了尽可能降低非直接反射光的影响，所述线状光源对应的亮区域的像素数量占据整个传感阵列的像素数量的比例要尽可能低。
较佳的，所述线状光源产生的检测光仅具有一条线条状图形，且该线条状图形的检测光，在传感阵列内产生的亮区域的宽度小于等于5个像素单元的宽度。最优的，在传感阵列内产生的亮区域的宽度为1个像素单元的宽度。
在另一些实施例中，所述检测光还可以包括若干条线条状图形(图图3b～图3d所示)，所述线条状图形之间相互平行；所述若干线条状图形在传感阵列内形成的亮区域之间间隔3个以上的像素单元，且每个亮区域的宽度小于等于5个像素单元的宽度。
所述线条状图形的长度方向可以沿水平方向，也可以沿竖直方向或其他任意方向。本领域技术人员可以根据实际检测需求，设所述检测光的线条状图形的方向。例如，当需要判断在水平方向上是否存在障碍物时，可以设置水平方向延伸的线条状检测光；当需要判断在竖直方向上是否存在障碍物时，可以设置竖直方向延伸的线条状检测光。
在其他实施例中，可以采用具有图形化光源的ToF传感装置，进一步结合校准方法，提高距离检测的准确性。
请参考图2，为本发明一实施例的距离检测方法的流程示意图。
所述距离检测方法包括如下步骤：
步骤S101:采用所述图形化光源发射图形化的检测光，照射检测视场。
所述检测光为经过调制的周期性光波，具体的，可以为具有一定占空比的周期性脉冲光，还可以为正弦波等经过调制的具有一定周期以及相位的检测光。
步骤S102:传感阵列接收检测视场内的被测物体的反射光，并产生传感信号。
当检测光照射检测视场，检测视场内的被测物体对所述检测光产生反射，产生反射光，反射光返回至ToF传感装置，被所述传感阵列102接收。
实际检测过程中，检测光直接到达被测物体表面后被反射，直接被传感阵列接收的反射光为直接反射光，直接反射光的飞行时间对应于被测物体的距离。在一些情况下，部分反射光会经过多次反射之后才会到达传感阵列或者检测光经过多次反射后才会由被测物体反射到达传感阵列，此时的反射光为多路径反射光(MPI)。传感阵列接收到的反射光中，大部分为直接反射光，MPI或其他非直接反射光占少量，但是所述非直接反射光依旧会对距离检测结果造成影响。
同时，反射光在经过镜头进入ToF检测装置照射在传感阵列的过程中，由于镜头的光学结构或其他因素，部分反射光会被散射，变成散射光，照射在非对应位置处的像素单元，对接收到散射光的像素单元的距离检测结果造成影响。
由于图形化光源产生的光线的图形分布，反射光照射传感阵列，会在传感阵列上产生相应的亮区域和暗区域。所述亮区域内的像素单元为亮像素单元；所述暗区域内的像素单元为暗像素单元。
在一些实施例中，所述图形化的检测光至少包括一条线条状光区域图形，在所述传感阵列内形成若干线条状的亮区域，每个亮区域内包含多个像素单元。各个亮区域之间平行排布，或者至少两个亮区域之间存在交叉。
请参考图3a，为本发明一实施例的亮区域的分布示意图。
该实施例中，检测光仅包括一条线条状图形，对应于在传感阵列102上产生一条线条状的亮区域301。每个亮区域301a可以包括一整行或多行像素单元。
请参考图3b，为本发明另一实施例的亮区域的分布示意图。
该实施例中，检测光包括多条平行排列的线条状图形，对应于在传感阵列102上产生若干条线条状的亮区域301a。
所述亮区域301a与检测光的光区域图形分布对应，该实施例中，所述亮区域301a为长条状，沿像素单元的行或列方向延伸，且多个亮区域301a之间平行分布。
每个亮区域301a可以包括一整行或多行像素单元，各个亮区域301a之间为暗区域302a。亮区域301a接收到的光强度远大于暗区域302a接收到的光强度。
请参考图3c，为本发明另一实施例的亮区域的分布示意图。
该实施例中，所述图形化检测光在传感阵列102内形成两个方向分布的亮区域301a和亮区域301b。所述亮区域301a沿像素单元的行排列方向延伸，所述亮区域301b沿像素单元的列排列方向延伸。
请参考图3d，为本发明另一实施例的亮区域的分布示意图。
该实施例中，所述图形化检测光在传感阵列102内形成倾斜的亮区域301c，与像素单元的行排列方向成一定倾斜角度。
在本发明的其他实施例中，所述图形化检测光可以在传感阵列内形成沿不同方向延伸的线条状亮区域，且所述亮区域不仅可以为直线形，还可以为曲线形，所述传感阵列内不同区域内的亮区域的分布密度也可以不同。例如，对于重点关注的区域，可以设置较高的亮区域分布密度。可以根据具体需求，通过调整检测光的图形，设置亮区域的位置。例如，在检测视场是否有人员活动状态的检测，所述图形化检测光可以只覆盖人员高度所在的部分区域即可，无需对高于人员高度的区域进行测距；因此，可以仅需要设置具有照射人员活动区域的若干长条状的检测光即可实现对人员活动状态的检测，无需对整个区域进行距离检测，可以节约功耗。
步骤S103:根据所述传感信号，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A以及所述亮区域外围的暗区域的实际检测值B。
反射光到达传感阵列后，主要在亮区域内的亮像素单元上产生传感信号。而同时由于散射光及多路径反射光等非直接反射光的光线存在，以及相邻像素单元之间的传感信号的串扰等因素，所述亮区域周围的暗区域内的暗像素单元也会产生一定的传感信号。
根据各个像素单元接收到反射光后产生的感应信号，可以获得各个像素单元的检测值。所述检测值与对应像素单元接收到的光强对应。光强越大，产生的感应信号越大，获得的检测值越大。
在一些实施例中，像素单元在接收到反射光后，产生光生电荷，在一定时间内收集光生电荷，将收集到的光生电荷总量转换成对应的电压信号作为检测值。可以通过光生电荷对电容进行充电，以电容两端电压作为检测值。
在距离检测过程中，根据各个像素单元产生的传感信号获得亮区域的实际检测值A，以及暗区域的实际检测值B。
所述实际检测值包括：单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种；所述无干扰检测值包括：标定过程中，单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种。
由于线状的亮区域占据的位置较大，单个亮区域内的不同位置处的距离存在较大变化，需要获取每个亮像素单元对应位置距离信息。因此，在一些实施例中，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A包括：分别获取亮区域内每个亮像素单元的实际检测值Ai；获取暗区域的实际检测值B包括：根据与该亮像素单元接近的至少一个暗像素单元的检测值，获得所述实际检测值Bi。若亮区域内具有n个像素单元，则需要分别获取n个像素单元的实际检测值A1～An，相应的获取n个对应的实际检测值B1～Bn。
请参考图4a，在一个实施例中，所述亮区域401包括一行亮像素单元。图4a中，仅为传感阵列的局部示意图。
以获取其中的第i个亮像素单元4011的实际检测值Ai作为示意，以所述亮像素单元4011在接收到直接反射光后产生传感信号，获取其检测值，作为该亮像素单元4011的实际检测值Ai。选择所述亮像素单元4011上下两个暗像素单元4021和4022用于获取与实际检测值Ai对应的实际检测值Bi，具体的，可以取所述暗像素单元4021和4022的检测值的平均值作为所述实际检测值Bi。较佳的，暗像素单元4021、暗像素单元4022与所述亮像素单元4011之间可以分别间隔若干暗像素单元，可以避免相邻像素间串扰，影响修正效果。
以上述方式，依次获取所述亮区域401内的所有亮像素单元的实际检测值A1～An，以及对应的暗区域的实际检测值Bi。
在其他实施例中，还可以仅选择与亮像素单元4011相邻的单个暗像素单元4021或4022的检测值作为所述实际检测值Bi。
在其他实施例中，还可以选择位于所述亮像素单元4011上方的多个暗像素单元和/或位于所述亮像素单元4011下方的多个暗像素单元的检测值的平均数、中位数或加权平均数中的至少一种作为所述实际检测值Bi。较佳的，可以选择所述亮像素单元4011上下两侧相同数量且位置对称的暗像素单元，以获取所述实际检测值Bi。较佳的，选取距离该亮像素单元4011距离较近的1～30个暗像素单元以获取所述实际检测值Bi。
请参考图4b，该实施例中，在所述亮像素单元4011相邻的上下行的暗像素单元内分别选择三个邻近的暗像素单元，包括位于上方的三个暗像素单元4021a、4021b以及4021c，以及位于下方的三个暗像素单元4022a、4022b以及4022c以所述6个暗像素单元的检测值的平均值、中位数或加权平均数中的至少一种作为所述实际检测值Bi。
在其他实施例中，还可以在所述量像素单元4011两侧的2至3行内选择合适数量的暗像素单元，以获得所述实际检测值Bi。
请参考图5，该实施例中，线状的所述亮区域501之间存在交叉，对于交叉位置处的亮像素单元5011的实际检测值Ai，可以选择距离所述亮像素单元5011最近的4个暗像素单元5021、5022、5023和5024来获取所述实际检测值Bi。可以以所述暗像素单元5021、5022、5023和5024的检测值的平均值作为所述实际检测值Bi。
步骤S104:根据所述实际检测值B，对所述实际检测值A进行修正，获得修正检测值A'。
在理想状态下，暗区域在检测过程中，不会接收到直接反射光，不会产生感应信号，因此，暗区域内的理论检测值为0。但是，在实际检测过程中，由于存在散射光或多路径反射光等非直接反射光的影响，暗区域内的暗像素单元也会产生传感信号，从而在检测过程中获取实际检测值B≠0。
通常情况下，非直接反射光对传感阵列内邻近像素单元的影响程度较为均匀，因此非直接反射光不仅影响到暗区域内的像素单元的检测值，也对邻近亮区域内的亮像素单元产生同等的影响。
实际检测值A＝A'+Δ,B＝B'+Δ,Δ为非直接反射光产生的检测值，A’、B’为直接反射光产生的修正检测值。在一个实施例中，由于暗区域不会接收到直接反射光，可以近似为B'≈0，实际检测值B均是由非直接反射光产生，即B＝Δ；从而得到修正检测值A'＝A-B。
在另一实施例中，可以进一步考虑到相邻像素单元之间由于半导体衬底内信号的传输串扰或其他因素的影响，即便暗区域没有非直接反射光的影响，但是由于亮区域内产生的感应信号的串扰等因素，暗区域内的像素单元依旧能够产生感应信号。在无非直接反射光的场景，亮区域的无干扰检测值和暗斑区域的无干扰检测值之间存在一定的对应关系。可以在无非直接反射光的场景下，对所述对应关系进行标定。
具体的，所述标定方法包括：在非直接反射光环境下，获取多个测量条件下的亮区域的多个无干扰检测值A0和对应的多个暗区域的无干扰检测值B0；通过拟合运算，得到无干扰检测值A0和无干扰检测值B0之间的关系式。在进行标定过程中，所述无干扰检测值A0与无干扰检测值B0对应的像素单元的选择方式，与实际检测过程中获取实际检测值A和对应的实际检测值B的选择方式一致。
所述多个测量条件可以为不同的检测距离，或者不同的检测光光强。具体包括：以不同距离多次照射漫反射平面板，依次获取亮区域的多个无干扰检测值A0和暗区域的多个无干扰检测值B0；或者，以不同光强度照射漫反射平面板，依次获取亮区域的多个无干扰检测值A0和暗区域的多个无干扰检测值B0。
在一个实施例中，在获取多个无干扰检测值A0和暗区域的多个无干扰检测值B0之后，以关系式B0＝γA0进行拟合运算，获得的亮像素单元对暗像素单元的影响系数γ，从而根据所述实际检测值B和所述影响系数γ，对实际检测值A进行修正，修正检测值
具体修正的公式推导如下：
A＝A'+Δ (1)
B＝B'+Δ (2)
根据标定的影响系数γ，B'＝γA'，得到：
B＝γA'+Δ (3)
公式(1)-(3)得到：
A-B＝(1-γ)A' (4)
从而得到：
采用上述公式(5)对实际检测值A进行修正，可以进一步获得更准确的修正检测值A’。
为了使得标定过程中选择的暗像素单元仅受到最接近的亮区域内的亮像素单元的影响，可以选择与亮像素单元最接近的一个或多个暗像素单元以获取所述无干扰检测值B0，以及实际检测值B。进一步的，还可以通过调整图形化光源结构，使得相邻亮区域之间的暗区域的宽度在10个像素单元以上，尽量使得毗邻亮区域的暗像素单元仅受到该亮区域的影响。
在另一实施例中，还可以进一步考虑像素单元接收到的不同光强对非直接反射光的影响。在实际检测过程中，检测值随光强的影响并非线性变化，不同光强下的检测值之间存在比例系数α，无干扰检测值B'＝γA',ΔA＝α·ΔB。
所述比例系数可以通过标定光强与检测值的关系曲线获得，根据所述标定的关系曲线，以及实际检测过程中的各像素单元接收到的光强，就能够得到所述比例系数α的具体数值。
结合所述比例系数α、影响系数γ以及实际检测值B，对实际检测值A进行修正，修正检测值
具体修正的公式推导如下：
A＝A'+ΔA； (6)
由B＝B'+ΔB，得到：
αB＝αB'+αΔB； (7)
公式(6)-(7)，且ΔA＝α·ΔB得到：
A-αB＝A'-αB'； (8)
根据标定的影响系数γ，B'＝γA'，得到：
A-αB＝A'-αγA'；
从而得到：
根据公式(9)对实际检测值A进行修正，能够进一步获得更准确的修正值。
对于线状的亮区域，获取亮区域内每个亮像素单元的实际检测值Ai以及对应的暗像素单元的实际检测值Bi之后，对每个亮像素单元的实际检测值Ai均进行修正。例如，在一个实时例中，一个亮区域内具有n个亮像素单元，第i个亮像素单元的实际检测值为Ai，对应的暗区域的实际检测值为Bi，i为1～n中的整数。第i个亮像素单元的修正检测值Ai’＝Ai-Bi，或者或者本领域技术人员可以根据实际需求，选择合适的修正方式。
步骤S105:根据所述修正检测值A'，获取所述亮区域对应的被测位置处的距离信息。
请参考图6，在一个实施例中，所述检测光LO为经过调制的宽度为T的脉冲光，通过三个连续的累积窗口G1、G2和G3对像素单元产生的感应电荷进行累积，G1用于累积环境光产生的检测值，对于第i个亮像素单元，获得实际检测值Ai1和Bi1；G2和G3，分别用于累积检测光和环境光共同产生的检测值，获得实际检测值Ai2、Bi2以及Ai3、Bi3。根据上述方法对各个实际检测值Ai1、Ai2、Ai3进行修正，得到修正检测值Ai1’、Ai2’、Ai3’。
该实施例中，所述累积窗口G1、G2和G3窗口持续时间与检测光的脉冲宽度相同，均为T，且检测光的脉冲上升沿与累积窗口G2的开启边沿对齐。
根据上述修正检测值Ai1’、Ai2’、Ai3’，可以得到对应的亮区域内相应的第i个像素单元对应的被测位置处的距离：
在其他实施例中，所述累积窗口G1、G2和G3以及检测光LO的时序还可以进行调整，相应的距离信息d的计算也进行相应的调整。
在其他实施例中，所述检测光还可以为经过调制的连续正弦波，接收到的直接反射光也是连续正弦波。
请参考图7，在一个实施例中的距离检测过程的电荷累积窗口及检测光、反射光的时序示意图。
所述反射光周期为T，在一个周期T内，依次对反射光的感应电荷在Δt时间内进行累积，获得实际检测值c(τ0)、c(τ1)、c(τ2)以及c(τ3)。对各个实际检测值进行修正，得到修正检测值c(τ0)'、c(τ1)'、c(τ2)'以及c(τ3)'。
从而得到相位差
从而得到距离：
无论采用何种距离检测方式，均需要获得实际检测值A，通过上述方法，对实际检测值A进行修正后的到修正检测值A’，能够减小非直接反射光对检测值的影响，提高最终的距离d的准确性。
上述距离检测方法，通过采用图形化光源，利用暗区域内的暗像素单元的实际检测值对亮区域内的像素单元的实际检测值进行修正，从而提高距离检测的准确性。
即，以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种ToF传感装置的距离检测方法，其特征在于，所述ToF传感装置包括图形化光源以及传感阵列，所述图形化光源用于发射具有图形化光区域的检测光，所述传感阵列包括若干阵列分布的像素单元；所述距离检测方法包括：
采用所述图形化光源发射图形化的检测光，照射检测视场；
传感阵列接收检测视场内的被测物体的反射光，并产生传感信号；
根据所述传感信号，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A以及所述亮区域外围的暗区域的实际检测值B，所述亮区域与所述检测光的图形化光区域对应，包括亮像素单元；所述亮区域以外为暗区域，包括暗像素单元；
在无非直接反射光环境内以不同距离照射漫反射平面板或者以不同光强度照射漫反射平面板，获取的亮区域的多个无干扰检测值A0和对应的多个暗区域的无干扰检测值B0；通过拟合运算，得到无干扰检测值A0和无干扰检测值B0之间的关系式，以及所述实际检测值B，对所述实际检测值A进行修正，获得修正检测值A'；
根据所述修正检测值A'，获取所述亮区域对应的被测位置处的距离信息。
2.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，所述亮区域包括接收到的直接反射光的强度大于平均反射光强度的亮像素单元，所述暗区域包括位于所述亮区域外围的未接收到直接反射光或接收到的直接反射光强度低于平均反射光强度的暗像素单元。
3.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，所述亮像素单元接收到的反射光强度是临近的暗像素单元接收到的反射光强度的3倍以上。
4.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，所述图形化的检测光至少包括一条线条状图形，在所述传感阵列内形成线条状的亮区域，每个亮区域内包含多个像素单元。
5.根据权利要求4所述的距离检测方法，其特征在于，各个亮区域之间平行排布，或者至少两个亮区域之间存在交叉。
6.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，所述修正检测值A'＝A-B。
7.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，以关系式B0＝γA0进行拟合运算，获得亮区域对暗区域的影响系数γ；根据所述实际检测值B和所述影响系数γ，对所述实际检测值A进行修正，得到修正检测值
8.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，以关系式B0＝γA0进行拟合运算，获得亮区域对暗区域的影响系数γ；根据所述实际检测值B、所述影响系数γ以及像素单元都在不同光强下的检测值之间的比例系数α，对实际检测值A进行修正，得到修正检测值
9.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，所述实际检测值包括：单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种；所述无干扰检测值包括：标定过程中，单个像素单元的检测值、多个像素单元的检测值的算数平均值、多个像素单元的检测值的中位数、多个像素单元的检测值的加权平均值中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的距离检测方法，其特征在于，获取所述传感阵列内亮区域的实际检测值A包括：分别获取每个亮像素单元的实际检测值Ai，i对应于第i个亮像素单元；获取暗区域的实际检测值B包括：根据与该亮像素单元接近的至少一个暗像素单元的检测值，获得所述实际检测值Bi；根据所述实际检测值Bi，对相应的亮像素单元的实际检测值Ai进行修正，获得各个亮像素单元的修正检测值Ai’。
11.一种ToF传感装置，其特征在于，包括：
图形化光源，所述图形化光源用于发射图形化检测光；
传感阵列，包括若干阵列分布的像素单元，用于接收被测物体的反射光；
处理器，连接所述图形化光源及传感阵列，用于控制所述图形化光源发射检测光，以及获取所述传感阵列内各像素单元产生的检测值；
存储器，所述存储器内存储有能够被所述处理器运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器运行时能够执行如权利要求1至10中任一项所述的距离检测方法。
12.根据权利要求11所述的ToF传感装置，其特征在于，所述图形化的检测光至少包括一条线条状图形，在所述传感阵列内形成若干线条状分布的亮区域，每个亮区域内包含多个像素单元。
13.根据权利要求12所述的ToF传感装置，其特征在于，各个亮区域之间平行排布，或者至少两个亮区域之间存在交叉。
14.一种ToF传感装置，应用于如权利要求1～10任一项所述的距离检测方法，其特征在于，所述ToF传感装置包括：
线状光源，用于产生包括至少一条线条状光区域的检测光；
传感阵列，所述传感阵列包括若干阵列分布的像素单元，用于接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；
处理器，连接所述线状光源及所述传感阵列，用于控制所述线状光源发射检测光，并根据所述检测值获取相应的距离信息。
15.根据权利要求14所述的ToF传感装置，其特征在于，所述检测光内的单个线条状光区域的光被反射后，在传感阵列内形成的线条状亮区域的宽度小于等于5个像素单元的宽度；相邻线条状亮区域之间间隔大于等于3个像素单元。
16.根据权利要求15所述的ToF传感装置，其特征在于，所述检测光包括若干条线条状光区域，所述线条状光区域之间相互平行。
17.一种ToF传感装置的距离检测方法，应用于如权利要求14～16任一项所述的ToF传感装置，其特征在于，所述ToF传感装置的距离检测方法包括：
采用包括至少一条线条状光区域的检测光照射被测视场；
接收被测物体的反射光，并产生相应的检测值；
根据所述检测值，获取被测视场内位于所述检测光照射范围内的被测物体的距离信息。
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