CN112596069A - 距离测量方法及系统、计算机可读介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种距离测量方法及系统、计算机可读介质和电子设备，涉及激光测距技术领域。该方法包括：向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射并生成反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光信号；延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据；对所述多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号；根据消除所述环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。本公开能够避免由于环境光堆积效应导致反射光信号无法被准确测量的问题，在降低测量成本的同时，提升测量得到的真实距离的准确性。

Description

距离测量方法及系统、计算机可读介质和电子设备

技术领域

本公开涉及激光测距技术领域，具体涉及一种距离测量方法、距离测量系统、计算机可读介质和电子设备。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，直接飞行时间测量技术(Directed Time of Flight，DToF)越来越得到人们的关注。在直接飞行时间测量技术中，结合单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)感光单元和时间数字转换电路(Time toDigital Converter，TDC)，就可以完成基本的单光子测距。但是，当一个统计周期内接收到超过1个光子(如环境光的干扰)时，由于SPAD接收到光子后重新复位恢复工作状态需要一定时间，这段时间即使有光子入射在SPAD上也不会计数，导致真实信号的峰值由于环境光的堆积效应被遮盖，无法测量得到真实距离。

目前，相关的技术方案中，要么通过算法反标，计算最大峰值位置，要么添加过滤环境光的硬件结构。一方面，通过算法反标，计算最大峰值位置的技术方案，需要添加额外数字逻辑电路，导致测量系统的芯片面积增大，降低了测量系统的适用范围以及便携性，并且增加了功耗；另一方面，通过添加过滤环境光的硬件结构的技术方案，添加的硬件结构与后端控制电路不耦合，需要添加相应的传感器独立控制，增加芯片面积以及功耗，同时与原测量系统配合不紧密，降低测量效率，同时也有可能影响测量的正确性。

发明内容

本公开的目的在于提供一种距离测量方法、距离测量系统、计算机可读介质和电子设备，进而至少在一定程度上避免相关的环境堆积效应消除的方案中需要额外增加逻辑电路或者硬件结构，导致芯片面积和功耗增加，测量准确性较差的问题。

根据本公开的第一方面，提供一种距离测量方法，包括：

向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射并生成反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光信号；

延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据；

对所述多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号；

根据消除所述环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

根据本公开的第二方面，提供一种距离测量系统，包括：

发射模块，用于向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射生成反射光信号；

接收模块，用于接收所述反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光；

控制模块，与所述发射模块和所述接收模块电连接，包括时间延迟单元和距离计算单元，其中：

所述时间延迟单元，用于在所述发射模块发射所述脉冲光信号时进行计时，并控制所述接收模块延迟接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据；

所述距离计算单元，与所述时间延迟单元电连接，用于根据所述多个延迟测量统计数据得到消除所述环境光干扰的反射光信号对应的飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

根据本公开的第三方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。

根据本公开的第四方面，提供一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器实现上述的方法。

本公开的一种实施例所提供的距离测量方法，向目标区域处发射光信号，以使光信号在目标区域处反射并生成包含环境光信号的反射光信号；延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据；对多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除环境光信号干扰的反射光信号；根据消除环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。一方面，仅通过延迟接收反射光信号，就可以过滤接收的反射光信号中堆积的环境光信号，进而测量计算真实距离，不需要增加新的逻辑电路或者硬件结构，在消除堆积的环境光信号的同时，保持测量芯片的面积以及功耗不变；另一方面，根据延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据，进而可以通过多个延迟测量统计数据确定消除环境光信号干扰的反射光信号对应的真实峰值，然后通过真实峰值确定飞行时间以计算真实距离，由于不需要增加新的逻辑电路或者硬件结构，不会影响测量得到的飞行时间，保证测量得到的真实距离的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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的附图。在附图中：

图1示出了可以应用本公开实施例的一种电子设备的示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中一种无环境光干扰的统计数据的示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中一种有环境光干扰的统计数据的示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中一种距离测量方法的流程图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中一种通过选址信号控制感光像素阵列的流程图；

图6示意性示出本公开示例性实施例中一种生成选址信号的流程图；

图7示意性示出本公开示例性实施例中一种确定飞行时间的流程图；

图8示意性示出本公开示例性实施例中一种基于距离测量方法测量真实距离的流程图；

图9示意性示出本公开示例性实施例中一种根据距离测量方法得到的有环境光干扰的统计数据的示意图；

图10示意性示出本公开示例性实施例中距离测量系统的组成示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

本公开的示例性实施方式提供一种用于实现距离测量方法的电子设备。该电子设备至少包括处理器和存储器，存储器用于存储处理器的可执行指令，处理器配置为经由执行可执行指令来执行距离测量方法。

下面以图1中的移动终端100为例，对电子设备的构造进行示例性说明。本领域技术人员应当理解，除了特别用于移动目的的部件之外，图1中的构造也能够应用于固定类型的设备。在另一些实施方式中，移动终端100可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者拆分某些部件，或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件、软件或软件和硬件的组合实现。各部件间的接口连接关系只是示意性示出，并不构成对移动终端100的结构限定。在另一些实施方式中，移动终端100也可以采用与图1不同的接口连接方式，或多种接口连接方式的组合。

如图1所示，移动终端100具体可以包括：处理器110、内部存储器121、外部存储器接口122、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口130、充电管理模块140、电源管理模块141、电池142、天线1、天线2、移动通信模块150、无线通信模块160、音频模块170、扬声器171、受话器172、麦克风173、耳机接口174、传感器模块180、显示屏190、摄像模组191、指示器192、马达193、按键194以及用户标识模块(subscriber identification module，SIM)卡接口195等。其中传感器模块180可以包括深度传感器1801、压力传感器1802、陀螺仪传感器1803等。

处理器110可以包括一个或多个处理单元，例如：处理器110可以包括应用处理器(Application Processor，AP)、调制解调处理器、图形处理器(Graphics ProcessingUnit，GPU)、图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)、控制器、视频编解码器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、基带处理器和/或神经网络处理器(Neural-Network Processing Unit，NPU)等。其中，不同的处理单元可以是独立的器件，也可以集成在一个或多个处理器中。

NPU为神经网络(Neural-Network，NN)计算处理器，通过借鉴生物神经网络结构，例如借鉴人脑神经元之间传递模式，对输入信息快速处理，还可以不断的自学习。通过NPU可以实现移动终端100的智能认知等应用，例如：图像识别，人脸识别，语音识别，文本理解等。

处理器110中设置有存储器。存储器可以存储用于实现六个模块化功能的指令：检测指令、连接指令、信息管理指令、分析指令、数据传输指令和通知指令，并由处理器110来控制执行。

充电管理模块140用于从充电器接收充电输入。电源管理模块141用于连接电池142、充电管理模块140与处理器110。电源管理模块141接收电池142和/或充电管理模块140的输入，为处理器110、内部存储器121、显示屏190、摄像模组191和无线通信模块160等供电。

移动终端100的无线通信功能可以通过天线1、天线2、移动通信模块150、无线通信模块160、调制解调处理器以及基带处理器等实现。其中，天线1和天线2用于发射和接收电磁波信号；移动通信模块150可以提供应用在移动终端100上的包括2G/3G/4G/5G等无线通信的解决方案；调制解调处理器可以包括调制器和解调器；无线通信模块160可以提供应用在移动终端100上的包括无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)(如无线保真(Wireless Fidelity，Wi-Fi)网络)、蓝牙(Bluetooth，BT)等无线通信的解决方案。在一些实施例中，移动终端100的天线1和移动通信模块150耦合，天线2和无线通信模块160耦合，使得移动终端100可以通过无线通信技术与网络以及其他设备通信。

移动终端100通过GPU、显示屏190及应用处理器等实现显示功能。GPU为图像处理的微处理器，连接显示屏190和应用处理器。GPU用于执行数学和几何计算，用于图形渲染。处理器110可包括一个或多个GPU，其执行程序指令以生成或改变显示信息。

移动终端100可以通过ISP、摄像模组191、视频编解码器、GPU、显示屏190及应用处理器等实现拍摄功能。其中，ISP用于处理摄像模组191反馈的数据；摄像模组191用于捕获静态图像或视频；数字信号处理器用于处理数字信号，除了可以处理数字图像信号，还可以处理其他数字信号；视频编解码器用于对数字视频压缩或解压缩，移动终端100还可以支持一种或多种视频编解码器。

外部存储器接口122可以用于连接外部存储卡，例如Micro SD卡，实现扩展移动终端100的存储能力。外部存储卡通过外部存储器接口122与处理器110通信，实现数据存储功能。例如将音乐，视频等文件保存在外部存储卡中。

内部存储器121可以用于存储计算机可执行程序代码，可执行程序代码包括指令。内部存储器121可以包括存储程序区和存储数据区。其中，存储程序区可存储操作系统，至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能，图像播放功能等)等。存储数据区可存储移动终端100使用过程中所创建的数据(比如音频数据，电话本等)等。此外，内部存储器121可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件，闪存器件，通用闪存存储器(Universal Flash Storage，UFS)等。处理器110通过运行存储在内部存储器121的指令和/或存储在设置于处理器中的存储器的指令，执行移动终端100的各种功能应用以及数据处理。

移动终端100可以通过音频模块170、扬声器171、受话器172、麦克风173、耳机接口174及应用处理器等实现音频功能。例如音乐播放、录音等。

深度传感器1801用于获取景物的深度信息。在一些实施例中，深度传感器可以设置于摄像模组191。深度传感器1801可以是DToF镜头，能够根据脉冲激光的飞行时间测量真实距离，具体的，DToF镜头可以包括SPAD像素阵列，用于接收反射光的光子产生电流并通过TDC电路进行计数，当然，本示例实施例不以此为限。

压力传感器1802用于感受压力信号，可以将压力信号转换成电信号。在一些实施例中，压力传感器1802可以设置于显示屏190。压力传感器1802的种类很多，如电阻式压力传感器，电感式压力传感器，电容式压力传感器等。

陀螺仪传感器1803可以用于确定移动终端100的运动姿态。在一些实施方式中，可以通过陀螺仪传感器1803确定移动终端100围绕三个轴(即，x，y和z轴)的角速度。陀螺仪传感器1803可以用于拍摄防抖、导航、体感游戏场景等。

此外，还可以根据实际需要在传感器模块180中设置其他功能的传感器，例如气压传感器、磁传感器、加速度传感器、距离传感器、接近光传感器、指纹传感器、温度传感器、触摸传感器、环境光传感器、骨传导传感器等。

移动终端100中还可包括其它提供辅助功能的设备。例如，按键194包括开机键，音量键等，用户可以通过按键输入，产生与移动终端100的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。再如，指示器192、马达193、SIM卡接口195等。

相关技术方案中，结合单光子雪崩二极管SPAD感光单元和时间数字转换电路TDC，就可以完成基本的单光子测距。这种测距方法又称为时间相关单光子计数(Time-Correlated Single Photon Counting，TCSPC)，TCSPC采用高重复频率的脉冲激光器作为光源，使用单光子探测器，如SPAD，进行多次重复测量。由时间数字转换器(TDC)记录探测到光子时对应的时间信息，其工作过程可以参考图2所示，每个测量周期对应的统计直方图201(如第一周期、第二周期、第三周期和第四周期等)一般接收到不超过一个光子。当一个周期开始时，发射光信号且计时单元被触发，如果探测到一个光子，则在响应的时间窗格(测量周期统计直方图201中的每个格子对应一个时间单位)计数加1。如果该周期内没有探测到光子，则不计数，经过将多次测量周期对应的统计直方图201的计数积累，最终在存储区内可以以直方图的形式重建出波形信息202。

TCSPC在强背景光下的主要问题可以参考图3所示。当一个统计周周期内接收到超过1个光子时，由于SPAD接收到光子后重新复位恢复工作状态需要一定时间，这段时间即使有光子入射在SPAD上也不会计数，得到的统计直方图301。因此最后根据统计直方图301得到的波形信息302往往只能统计出一个统计周期中第一个入射的光子，造成波形信息302偏离真实的光强随时间的分布，整个波形信息302的最大值转移到最开始的时间单位(波形信息302中第一个格子)中，真实反射光信号的峰值被背景光信号所遮盖，造成强光下DToF系统失效，无法准确测量真实距离。

为了解决上述背景光堆积效应的问题，一种技术方案中，可以将波形直方图失真的形状，等效为信号的基线(Baseline)由于背景光的干扰，从原来的水平线，变为前高后低的一条斜线(指数拖尾)。因此，可以通过预设的算法，找出失真的波形直方图倾斜中的基线，该基线在每个时间单位上的强度即为该时间单位的权重，将从左至右对应每个时间单位的计数乘以相应的权重系数，即可“拉平”这个基线，从而突出整个直方图的峰值，进而计算真实距离。但是，这种技术方案中，虽然能够有效还原峰值，但是由于需要引用加法、乘法或者浮点运算等电路，这些都会导致晶体管数目的增加，提高芯片设计的难度，提升逻辑电路部分复杂度，并且增加芯片的功耗。

另一种技术方案中，主要的构思是通过一个探测单元首先探测外界光强，如果发现外界光强大于一定强度，则通过添加衰减装置，直接从源头减少入射背景光强度。例如，可以在SPAD前添加光子透射元件，从而根据外界环境光的变化，主动或被动的控制入射在SPAD上的光强，使得SPAD工作在最佳入射光强情况下，但是这种方案主动调节衰减片没有与后端控制电路耦合，是另外添加传感器独立控制，与SPAD的反馈配合不灵活，降低了测量效率。也可以针对SPAD在强光下灵敏度降低的缺点，通过控制单个SPAD偏置电压的方法实现对SPAD灵敏度像素级别的动态调整，但是这种方案中的SPAD电路需要重新设计，需要添加不少于像素个数的晶体管开关，增加复杂度与功耗。也可以制作大小不同的透镜，分别适于工作于强弱光的不同环境，但是这种方案中透镜一旦设计定型，不可更改，需要调整时，消耗较大的硬件成本，同时，强光，弱光环境下必然有一部分像素无法工作，损失一定的分辨率。还可以通过控制激光发射功率调控SPAD灵敏度，但是这种技术方案受限于激光发射装置的工艺，发出的激光脉宽及强度不可能无限小，因此在高反射物体或近距离下发出的激光仍然相对过强，超出SPAD的工作范围，导致测量结果较差。

基于上述一个或者多个问题，在本示例实施例中，首先提供了一种距离测量方法，可以应用于终端设备，例如智能手机、平板电脑、手持拍照设备等，本示例实施例不以此为限。下面对本公开示例性实施方式的距离测量方法进行具体说明。

图4示出了本示例性实施方式中一种距离测量方法的流程图，包括以下步骤S410至S440：

在步骤S410中，向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射并生成反射光信号。

在一示例性实施例中，目标区域可以是指一定距离内需要测量距离远近的区域，例如，目标区域可以是三维人脸，也可以是室内环境，当然，还可以是其他需要测量距离的区域，本示例实施例对此不作特殊限定。光信号可以是脉冲激光信号，脉冲激光信号可以在目标区域处进行漫反射或者全反射得到反射光信号，此时，在当前环境中的环境光信号较强时，反射光信号中可能包括当前环境中的环境光信号与真实有效的反射光信号。其中，环境光信号可以是接收的与测量距离无关的光信号，例如，环境光信号可以是室内环境中照明灯产生的光信号，或者该光信号在目标区域反射得到的光信号，也可以是室外环境下阳光产生的光信号，或者该光信号在目标区域反射得到的光信号，本示例实施例对此不做特殊限定。

在步骤S420中，延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据。

在一示例性实施例中，延迟接收反射光信号可以是指在发射光信号之后，延迟一段时间开启接收反射光信号的接收模块以减少背景光的采集，即通过异步信号测量得到多个延迟测量统计数据。延迟测量统计数据可以是指延迟接收反射光信号后得到的光子计数处理得到的统计数据，通过对不同统计周期的反射光信号进行不同延迟时间的延迟接收，得到不同延迟时间下的多个延迟测量统计数据。

在步骤S430中，对所述多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号。

在一示例性实施例中，干扰消除处理可以是指通过对得到多个延迟测量统计数据进行相应操作，以消除环境光信号干扰得到真实有效的反射光信号的处理过程，例如，干扰消除处理可以是将多个延迟测量统计数据绘制成统计直方图并将统计直方图进行叠加处理的过程，也可以是从多个延迟测量统计数据中筛选包含真实有效的反射光信号的处理过程，当然，还可以是其他能够消除环境光信号干扰得到真实有效的反射光信号的处理过程，本示例实施例对此不做特殊限定。

在步骤S440中，根据消除所述环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

在一示例性实施例中，飞行时间可以是指发射的光信号从发射时起到接收模块接收的时间，即光信号从终端设备发出，并在目标区域反射回终端设备所使用的时间。根据消除环境光信号干扰的反射光信号可以得到光信号的真实有效的飞行时间，进而可以结合光信号传输速度(即光速，是已知的固定数据)以及发射的光信号的飞行时间可以计算得到终端设备与目标区域之间的真实距离。

举例而言，可以通过关系式(1)计算终端设备与目标区域之间的真实距离：

其中，d可以表示终端设备与目标区域之间的真实距离，t可以表示根据消除环境光信号干扰的反射光信号得到的光信号的飞行时间，c可以表示光信号传输速度，一般取值为300000000米每秒。

在一示例性实施例中，可以通过感光像素阵列延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据。其中，感光像素阵列是指由单光子雪崩二极管SPAD构成的像素阵列，SPAD是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，种雪崩二极管可以响应单个光子，即处于工作状态时，只要有单个光子入射在有源区，即可产生饱和大电流信号。实际使用时当SPAD接收到了单个光子信号，产生大电流时，系统会将此光子信号传递给相应的计数电路。计数电路同时有计时功能，该逻辑电路会在相应的时间内记录此光子到达的时间，最后该时间其实就代表了光子发射并经过目标区域反射返回感光像素阵列的飞行时间。

具体的，可以通过图5中的步骤实现通过感光像素阵列得到多个延迟测量统计数据的过程，参考图5所示，具体可以包括：

步骤S510，向目标区域处发射光信号的同时进行计时得到发射时刻，并根据预设的延迟数据对所述发射时刻进行延迟后生成选址信号；

步骤S520，通过所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据。

其中，发射时刻可以是发射模块向目标区域处发射光信号时进行计时得到的时间，预设的延迟数据可以是指根据预先设置的配置文件得到的，或者根据相关数据计算得到的用于延迟接收反射光信号的数据，延迟数据可以包括延迟时间和延迟统计次数，其中，延迟时间可以是不同的统计周期对应的延迟时间，例如，对于第一次统计周期的延迟时间可以是t1(此时t1可以是0，当然，t1的取值一般小于统计周期)，对于第二次统计周期的延迟时间可以是t2(此时t2与t1的取值不同，如可以是t1+k，k可以表示延迟步长，例如k可以是1ns，也可以是2ns，具体可以根据实际情况进行自定义设置，本示例实施例不以此为限，当然，t2的取值一般小于统计周期)，对于第三次统计周期的延迟时间可以是t3(此时t3与t1、t2的取值不同，如可以是t1+2k，当然，t3的取值一般小于统计周期)，以此类推，当然，此处仅是示意性举例说明，还可以根据应用情况设置不同的延迟时间，本示例实施例对此不做特殊限定。

选址信号可以是控制感光像素阵列中某个SPAD像素的工作状态的开关信号，光信号在发射的同时，时钟计时并在延迟预设的延时时间后，生成选址信号并发给相应的SPAD像素，使其处于工作状态。感光像素阵列是a*b的一个矩阵阵列，类似CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器(CIS)芯片上的像素阵列，由相应的选址信号和偏压共同控制，选址信号控制其工作状态开启还是关闭，偏压控制其灵敏度。本示例实施例中考虑到像素在工作时的可靠性，仅通过选址信号来控制相应的SPAD像素是否处于工作状态，在保证测量准确性的同时，提升测量效率。

进一步的，可以通过图6中的步骤实现对感光像素阵列的控制，参考图6所示，具体可以包括：

步骤S610，确定最大测量范围，并根据所述最大测量范围确定统计周期；

步骤S620，根据所述统计周期以及预设的延时步长，确定多个不同的延迟时间；

步骤S630，根据所述不同的延迟时间，对每个统计周期内的所述发射时刻进行延迟后生成选址信号。

其中，最大测量范围可以是当前环境下所需要测量的最大的测量距离，例如，最大测量范围可以是10m，也可以是5m，本示例实施例不以此为限。具体可以根据预设的参数或者用户自定义设置的测量范围确定最大测量范围，也可以根据最初获取的测量统计数据估计计算最大测量范围，本示例实施例对此不做特殊限定。

统计周期可以是根据最大测量范围确定的统计直方图的统计周期，例如，如果最大测量范围是10m，那么统计直方图的统计周期应当不小于光信号往返10m的飞行时间，即(2*10)(即往返距离)/3e8(光速)得到统计周期至少为67ns，此时，那么延迟时间应当不大于67ns。

延时步长可以是不同的延迟时间之间的差值，例如，对于第一次统计周期的延迟时间可以是t1(此时t1可以是0，当然，t1的取值一般小于统计周期)，则对于第二次统计周期的延迟时间可以是t2＝t1+k，k可以表示延迟步长，例如k可以是1ns，也可以是2ns，具体可以根据实际情况进行自定义设置，本示例实施例不以此为限，以此类推，当然，此处仅是示意性举例说明，还可以根据应用情况设置不同的延迟时间，本示例实施例对此不做特殊限定。可以根据实际情况灵活的调整延迟步长，以提高测量结果的准确性(如减小延时步长)，或者提高测量的效率(如增大延时步长)。

在一示例性实施例中，可以通过图7中的步骤计算得到飞行时间，参考图7所示，具体可以包括：

步骤S710，根据每次统计周期内所述不同的延迟时间对应的所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个统计直方图；

步骤S720，将所述多个统计直方图进行叠加计算，得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据，并根据所述峰值数据确定飞行时间。

其中，统计直方图可以是通过选址信号控制开启的感光像素阵列接收反射光信号并通过时间数字转换电路TDC进行光子计数统计得到的统计数据，通过延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据，进而根据延迟测量统计数据绘制得到多个统计直方图，对多个统计直方图进行叠加计算，即可得到消除了环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据，该峰值数据就是接收到的反射光信号从发射到被接收的飞行时间，进而可以根据该飞行时间计算得到与目标区域之间的真实距离，具体参考关系式(1)的计算，此处不再赘述。

优选的，可以确定延迟时间对应的延迟统计次数，不同的延迟时间对应的延迟统计次数相同；进而可以根据延迟统计次数，多次统计在延迟时间下反射光信号对应的延迟测量统计数据。其中，延迟统计次数是指，为了测定一个准确的距离，总的统计次数应当不少于数百次，最多可达数十万次，举例而言，假设测量帧率为30fps，即每秒测量30次深度信息(即真实距离)，那么平均每次测量所使用的时间约30ms，如果当前的最大测量范围为10m，那么每个统计周期为67ns，则对于一个深度信息可能的统计次数为30ms/67ns，约为44万次，当然，在不影响测量效率的前提下，延迟统计次数越多，则计算得到的测量结果越准确。

可选的，可以在将多个统计直方图进行叠加计算得到包含消除环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据的统计直方图后，在其后端加入简单的滤波电路，即可提高该统计直方图的峰值数据的精确度。这种方法较为简单，可以通过硬件延时寄存器的结构实现，可以使滤波之后峰值数据更加准确，提升了测距的精度。

图8示意性示出本公开示例性实施例中一种基于距离测量方法测量真实距离的流程图。

参考图8所示，步骤S801，通过发射模块发射光信号，例如通过垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)对应的驱动电路控制发射短脉冲光信号，对于最大测量范围为10m来说，DToF系统中短脉冲光信号的脉冲峰值光功率可以是2～3W，脉冲宽度可以为0.5ns～2ns，同时通知接收模块开始计时；

步骤S802，时钟计时并在延迟延时时间t1(当然，此时的延时时间t1可以为0s，即在光信号发射的同时就控制感光像素阵列处于工作状态，并且延时时间t1一般应该小于一个统计直方图的统计周期)后，生成选址信号并发送给感光像素阵列，以控制感光像素阵列中相应的SPAD像素使其处于工作状态；

步骤S803，光信号在目标区域处反射后生成可能包含环境光信号的反射光信号，反射光信号的光子在到达感光像素阵列时，处于工作状态的SPAD像素触发雪崩电流，此时TDC电路在相应时间进行计数统计；

步骤S804，判断在延时时间t1下是否达到延迟统计次数n1(延迟统计次数n1可以是延时为延时时间t1时的统计次数)，如果是，则执行步骤S805，否则返回步骤S801，继续统计延时时间t1时的计数数据；

步骤S805，通过发射模块发射光信号，同时通知接收模块开始计时；

步骤S806，时钟计时并在延迟延时时间t2(当然，此时的延时时间t2的取值不同于延时时间t1，在延时时间t1的基础上通过预设的延时步长得到延时时间t2，延时步长可以是1ns，也可以是2ns，本示例实施例不以此为限)后，生成选址信号并发送给感光像素阵列，以控制感光像素阵列中相应的SPAD像素使其处于工作状态；

步骤S807，光信号在目标区域处反射后生成可能包含环境光信号的反射光信号，反射光信号的光子在到达感光像素阵列时，处于工作状态的SPAD像素触发雪崩电流，此时TDC电路在相应时间进行计数统计；

步骤S808，判断在延时时间t2下是否达到延迟统计次数n2(延迟统计次数n2可以是延时为延时时间t2时的统计次数，并且延迟统计次数n2和延迟统计次数n1的统计次数一般相同，这样可以保证最后得到的统计直方图的各个时间段的权重相同，以便正确得到反射光信号的峰值信息即真实有效的飞行时间)，如果是，则执行步骤S809，否则返回步骤S805，继续统计延时时间t2时的计数数据；

步骤S809，类似的，依次增加延迟时间，最后总共延时次数可以由统计周期时长，和每次延时的延时时间决定，例如假设最大测量范围为10m，则每个统计周期为67ns，如果每次延时步长为1ns，那么总共有67个不同的延时时间，即延时0s，重复统计一定次数n1，接着再延时1ns，重复统计一定次数n2，再延时2ns，重复统计一定次数n3，延时3ns，重复统计一定次数n4……以此类推；

步骤S810，在结束了所有上述异步延时统计后(例如总共统计了10000次后)，最终得到的统计直方图的数据应当是所有统计后的不同周期的延迟测量统计数据的叠加值，进而可以输出一个真实有效的飞行时间，然后可以根据飞行时间以及光信号传输速度(即光速)计算得到真实距离。

当然，图8中的步骤仅是采用该异步统计时间相关单光子方法消除背景光的其中一种具体的实施过程。本示例实施例还有很多其他实施方式，例如，可以依次延迟接收信号的开始时间，每次延迟仅检测一次，最后循环一整个周期后再从头开始延迟，即上述步骤中先进行步骤S801至步骤S803，以及步骤S805至步骤S807，在重复进行这些过程延迟统计次数n(因为n1等于n2等于n3……)。

图9示意性示出本公开示例性实施例中一种根据距离测量方法得到的有环境光干扰的统计数据的示意图。

参考图9所示，在有环境光信号干扰的情况下，通过异步延时统计反射光信号得到不同统计周期下的统计直方图901，对不同统计周期下的统计直方图901进行叠加计算得到消除了环境光信号干扰的统计直方图902，消除了环境光信号干扰的统计直方图902中的波形峰值，即发射的光信号在到达目标区域后并返回接收模块的飞行时间，进而根据飞行时间以及光速数据计算得到真实距离。

综上所述，本示例性实施方式中，向目标区域处发射光信号，以使光信号在目标区域处反射并生成包含环境光信号的反射光信号；延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据；对多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除环境光信号干扰的反射光信号；根据消除环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。一方面，仅通过延迟接收反射光信号，就可以过滤接收的反射光信号中堆积的环境光信号，进而测量计算真实距离，不需要增加新的逻辑电路或者硬件结构，在消除堆积的环境光信号的同时，保持测量芯片的面积以及功耗不变，实现相对较简单；另一方面，根据延迟接收反射光信号得到多个延迟测量统计数据，进而可以通过多个延迟测量统计数据确定消除环境光信号干扰的反射光信号对应的真实峰值，然后通过真实峰值确定飞行时间以计算真实距离，由于不需要增加新的逻辑电路或者硬件结构，不会影响测量得到的飞行时间，保证测量得到的真实距离的准确性。

需要注意的是，上述附图仅是根据本公开示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。

进一步的，参考图10所示，本示例的实施方式中还提供一种距离测量系统1000，可以包括发射模块1010、接收模块1020以及控制模块1030。其中：

发射模块1010可以用于向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射生成反射光信号；

接收模块1020可以用于接收所述反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光；

控制模块1030，与发射模块1010和接收模块1020电连接，可以包括时间延迟单元1031和距离计算单元1032，其中：

时间延迟单元1031可以用于在所述发射模块发射所述脉冲光信号时进行计时，并控制所述接收模块延迟接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据；

距离计算单元1032与时间延迟单元1030电连接，可以用于根据所述多个延迟测量统计数据得到消除所述环境光干扰的反射光信号对应的飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

在一示例性实施例中，接收模块1020可以包括感光像素阵列，感光像素阵列可以用于延迟接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据。

在一示例性实施例中，控制模块1030可以包括选址信号生成单元，与时间延迟单元1030电连接，可以用于在向目标区域处发射光信号的同时进行计时得到发射时刻时，根据预设的延迟数据对所述发射时刻进行延迟后生成选址信号，以通过所述选址信号控制所述感光像素阵列的开启。

在一示例性实施例中，选址信号生成单元还可以用于：确定最大测量范围，并根据所述最大测量范围确定统计周期；根据所述统计周期以及预设的延时步长，确定多个不同的延迟时间；根据所述不同的延迟时间，对每个统计周期内的所述发射时刻进行延迟后生成选址信号。

在一示例性实施例中，距离计算单元1032还可以包括直方图计算子单元，直方图计算子单元可以用于：

根据每次统计周期内所述不同的延迟时间对应的所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个统计直方图；

将所述多个统计直方图进行叠加计算，得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据，并根据所述峰值数据确定飞行时间。

上述系统中各模块的具体细节在方法部分实施方式中已经详细说明，未披露的细节内容可以参见方法部分的实施方式内容，因而不再赘述。

所属技术领域的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

本公开的示例性实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有能够实现本说明书上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤，例如可以执行图4至图8中任意一个或多个步骤。

需要说明的是，本公开所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

此外，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (13)

1.一种距离测量方法，其特征在于，包括：

向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射并生成反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光信号；

延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据；

对所述多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号；

根据消除所述环境光信号干扰的反射光信号得到飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据，包括：

通过感光像素阵列延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过感光像素阵列延迟接收所述反射光信号得到多个延迟测量统计数据，包括：

向目标区域处发射光信号的同时进行计时得到发射时刻，并根据预设的延迟数据对所述发射时刻进行延迟后生成选址信号；

通过所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述延迟数据包括延迟时间；所述根据预设的延迟数据对所述发射时刻进行延迟后生成选址信号，包括：

确定最大测量范围，并根据所述最大测量范围确定统计周期；

根据所述统计周期以及预设的延时步长，确定多个不同的延迟时间；

根据所述不同的延迟时间，对每个统计周期内的所述发射时刻进行延迟后生成选址信号。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述延迟测量统计数据包括统计直方图，所述对所述多个延迟测量统计数据进行干扰消除处理得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号，包括：

根据每次统计周期内所述不同的延迟时间对应的所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个统计直方图；

将所述多个统计直方图进行叠加计算，得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据，并根据所述峰值数据确定飞行时间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述延迟数据包括延迟统计次数，所述根据所述不同的延迟时间，对每次统计周期内的所述发射时刻进行延迟后生成选址信号，还包括：

确定所述延迟时间对应的延迟统计次数；所述不同的延迟时间对应的所述延迟统计次数相同；

根据所述延迟统计次数，多次统计在所述延迟时间下所述反射光信号对应的延迟测量统计数据。

7.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，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至6中任一项所述的方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

处理器；以及

存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至6任一项所述的方法。

9.一种距离测量系统，其特征在于，包括：

发射模块，用于向目标区域处发射光信号，以使所述光信号在所述目标区域处反射生成反射光信号；

接收模块，用于接收所述反射光信号；其中，所述反射光信号包括环境光；

控制模块，与所述发射模块和所述接收模块电连接，包括时间延迟单元和距离计算单元，其中：

所述时间延迟单元，用于在所述发射模块发射所述脉冲光信号时进行计时，并控制所述接收模块延迟接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据；

所述距离计算单元，与所述时间延迟单元电连接，用于根据所述多个延迟测量统计数据得到消除所述环境光干扰的反射光信号对应的飞行时间，以根据所述飞行时间计算得到与所述目标区域之间的真实距离。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述接收模块包括感光像素阵列，所述感光像素阵列，用于延迟接收所述反射光信号以得到多个延迟测量统计数据。

11.根据权利要求9或10任意一项所述的系统，其特征在于，所述控制模块包括选址信号生成单元，与所述时间延迟单元电连接，用于在向目标区域处发射光信号的同时进行计时得到发射时刻时，根据预设的延迟数据对所述发射时刻进行延迟后生成选址信号，以通过所述选址信号控制所述感光像素阵列的开启。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述选址信号生成单元还用于：

确定最大测量范围，并根据所述最大测量范围确定统计周期；

根据所述统计周期以及预设的延时步长，确定多个不同的延迟时间；

根据所述不同的延迟时间，对每个统计周期内的所述发射时刻进行延迟后生成选址信号。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述距离计算单元还包括直方图计算子单元，用于：

根据每次统计周期内所述不同的延迟时间对应的所述选址信号控制所述感光像素阵列开启，并通过开启的所述感光像素阵列接收所述反射光信号以得到多个统计直方图；

将所述多个统计直方图进行叠加计算，得到消除所述环境光信号干扰的反射光信号对应的峰值数据，并根据所述峰值数据确定飞行时间。

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