CN114236506A - 一种基于DToF的标定方法、探测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及光学探测技术领域，尤其涉及一种基于DToF的标定方法、探测方法及系统，标定方法包括：按照预设投影图样，控制发射器中至少一个光源朝目标物发射斑点光束，所述发射器包括多个光源组成的光源阵列；同步激活采集器中的像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束；所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。本申请实施例可以省去提前标定的过程。

Description

一种基于DToF的标定方法、探测方法及系统

技术领域

本申请涉及光学探测技术领域，尤其涉及一种基于DToF的标定方法、探测方法及系统。

背景技术

飞行时间(Time of Flight，ToF)技术属于双向测距技术，该技术利用光信号在发射器和采集器之间往返的飞行时间对目标物进行距离测量。目前，基于ToF技术的探测系统已被广泛应用于消费电子、无人架驶、增强现实(Augmented Reality，AR)和虚拟现实(Virtual Reality，VR)等领域。

ToF技术可分为直接飞行时间(Direct ToF，DToF)技术和间接飞行时间(IndirectToF，iToF)技术。其中，DToF技术基于时间相关单光子计数(Time-Correlated SinglePhoton Counting，TCSPC)技术测量光束中的光子从发射到接收的飞行时间；IToF技术测量反射光束相对于发射光束的相位延迟，再由相位延迟对飞行时间进行计算。其中，DToF技术具有信噪比高，灵敏度好，准确度高等优点，受到了越来越广泛的关注。

在使用基于DToF技术的探测系统前，通常需要提前标定光源与像素的对应关系。但是通常采用标定板等标定方式，标定方式复杂。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日前已经公开的情况下，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

本申请实施例的目的在于提供一种基于DToF的探测系统及方法，旨在解决相关技术中的一个或多个技术问题。

为达上述目的，第一方面，本申请一实施例提供一种基于DToF的探测方法，包括：S1，按照预设投影图样，控制发射器朝目标物发射斑点光束，所述发射器包括多个光源组成的光源阵列；S2，同步激活采集器中的像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束；所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；S3，根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

在一些实施例中，所述根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图，根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

在一些实施例中，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括；

若确定所述光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，则根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系；

若确定所述光斑成像图和预期标准光斑图的差异大于或等于阈值，则获取新的预设投影图样，并返回执行步骤S1、S2和S3，直至获取预设投影图样的次数大于预设次数，或者，直至确定新的光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，根据新的光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

在一些实施例中，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述光斑成像图与预期标准光斑图进行比较确定所述光源阵列中每个光源对应的差异像素，将每个所述光源对应的预期成像像素以及对应的所述差异像素作为该光源对应的有效像素。

在一些实施例中，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述光斑成像图与预期标准光斑图进行比较，确定所述光源阵列中每个光源的实际成像像素相对于预期成像像素的偏移方向以及偏移量，根据所述偏移方向以及偏移量确定所述光源阵列中每个光源的有效像素。

第二方面，本申请一实施例提供一种基于DToF的探测方法，包括：控制发射器中至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束；并根据如上所述的标定关系控制所述采集器中与所述工作光源对应的工作像素激活；所述工作像素接收经目标物反射的至少部分所述斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，所述读出电路根据所述光子检测信号生成时间飞行值。

在一些实施例中，还包括：根据所述时间飞行值计算目标物的距离信息。

第三方面，本申请一实施例提供一种基于DToF的探测系统，包括：发射器，采集器，以及控制和处理电路，

所述发射器包括多个光源组成的光源阵列，所述发射器配置为按照预设投影图样，开启至少一个光源朝目标物发射斑点光束；

所述采集器包括多个像素组成的像素阵列，所述采集器配置为在所述控制和处理电路的控制下激活所述像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束，所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；

所述控制和处理电路配置为根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

在一些实施例中，所述根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图，根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

在一些实施例中，所述控制和处理电路还配置为控制发射器中至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束，并根据所述标定关系同步控制采集器中与所述工作光源对应的工作像素激活；所述工作像素接收经目标物反射的至少部分所述斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，所述读出电路根据所述光子检测信号生成时间飞行值。

在一些实施例中，所述控制和处理电路还配置为根据所述时间飞行值计算目标物的距离信息。

在一些实施例中，所述读出电路或所述控制和处理电路包括计数电路，所述计数电路用于统计所述像素阵列中的至少部分像素输出的光子检测信号的数量。

在一些实施例中，所述读出电路还包括TDC电路、直方图电路和读出单元，所述TDC电路用于根据对应连接的像素输出的光子检测信号生成时间信号，所述直方图电路用于根据所述时间信号生成直方图，所述读出单元用于根据所述直方图生成时间飞行值。

在一些实施例中，所述像素与所述读出电路一一对应连接。

第四方面，本申请一实施例提供一种电子设备，包括上述第二方面任一实施例中所述的基于DToF的探测系统，基于DToF的探测系统的发射器与采集器设置于电子设备本体的同一侧。

本申请实施例的有益效果在于：在探测时确定光源对应的有效像素，可以省去预先标定的过程，让标定和精准探测同时完成，且可以节省电力。

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申请的一些实施例，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为本申请一实施例提供的一种基于DToF的探测系统的结构示意图。

图2为本申请一实施例提供的一种采集器的结构示意图。

图3为本申请一实施例提供的一种基于DToF的探测方法的实现流程示意图。

图4为本申请一实施例提供的六种预设投影图样的示意图。

图5为本申请一实施例提供的与图4中两种预设投影图样对应的预期标准光斑图的示意图。

图6为本申请一实施例提供的一种基于DToF的探测方法中步骤S33的过程示意图。

图7为本申请一实施例提供的一种光斑成像图与预期标准光斑图的比较示意图。

图8为本申请另一实施例提供的一种光斑成像图与预期标准光斑图的比较示意图。

图9为本申请一实施例提供的另一种基于DToF的探测方法的实现流程示意图。

图10为本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

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。

在本申请说明书中描述的“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

需要说明的是，当一个元件被称为是“连接”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。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。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种基于DToF的探测系统10。基于DToF的探测系统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发射发射光束30，发射光束30发射至目标区域20空间中以照明空间中的目标物，至少部分光束30经目标物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，采集器12接收反射光束40而产生检测信息；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，控制和处理电路13可以获取采集器12反馈的检测信息并根据检测信息进行后续处理和控制等。

在一些实施例中，发射器11包括光源111、发射光学元件112以及驱动器113等。其中，光源111可以是发光二极管(light-emitting diode，LED)、激光二极管(laser diode，LD)、边发射激光器(edge emitting laser，EEL)、垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emitting laser,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。

发射光学元件112接收来自光源111发射的发射光束30并整形后投射到目标区域20。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，随后朝向目标区域20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的组合。

在一个实施例中，光源111在驱动器113驱动下并在控制和处理电路13的控制下以一定频率(或脉冲周期)向外发射脉冲光束，脉冲光束经过发射光学元件112投射到目标物上形成照明斑点，其中频率可以根据测量距离进行设定。

在一些实施例中，采集器12包括像素阵列121、过滤单元122、接收光学元件123和读出电路阵列(图1中未示出)。接收光学元件123、过滤单元122以及像素阵列121沿光信号的传播路径依次设置。

其中，接收光学元件123用于接收由目标物反射回的至少部分反射光束40并将至少部分反射光束40引导至像素阵列121上，以将目标物成像至像素阵列121。

过滤单元122用于滤除背景光或杂散光。例如为带通滤光片等。

像素阵列121由多个像素组成，像素阵列121配置为在控制和处理电路13的控制下激活(即致动)所有像素以采集由目标物反射回的至少部分反射光束40并生成相应的光子检测信号。读出电路阵列由多个读出电路组成。在一个实施例中，读出电路一方面用于接收各像素的光子检测信号进行处理以生成直方图，进一步可以根据直方图获取飞行时间值；另一方面用于统计像素阵列中各像素输出的光子检测信号的数量。在一个实施例中，像素阵列121为由多个单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)组成的SPAD阵列。可选的，SPAD阵列为可寻址矩阵。一般地，控制和处理电路13可以与SPAD阵列的逻辑部件交互选择任何给定时间需要致动的一个或多个像素，即工作像素，像素阵列121配置为在控制和处理电路13的控制下致动工作像素用于接收反射光束40。

像素阵列121连接读出电路阵列，具体地，可设置像素阵列121中的每个像素对应连接一读出电路，每个像素可以包括一个或多个SPAD。读出电路接收并累计来自对应连接的像素的光子检测信号以生成该像素的直方图并根据直方图输出该像素的飞行时间值。在一些实施例中，读出电路还可以统计对应连接的像素所产生的光子检测信号的数量。在一些实施例中，读出电路包括信号放大器、时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)、模拟数字转换器(Analog-to-digital converter，ADC)、读出(R/O)单元、计数器等器件中的一种或多种。

在一个实施例中，读出电路包括计数电路、TDC电路、直方图电路和R/O单元，如图2所示，像素阵列中每个像素对应连接一计数电路、一TDC电路、一直方图电路和一R/O单元。具体地，像素接收目标物反射的脉冲光信号中的光子并生成相应的光子检测信号，计数电路接收和统计这些光子检测信号的数量；TDC电路接收和计算光子检测信号的时间间隔，并将时间间隔转化为时间码，直方图电路对TDC电路输出的时间码进行累计以生成像素的直方图，R/O单元根据直方图电路生成的直方图输出像素的飞行时间值。进一步地，读出电路可以与控制和处理电路连接，控制和处理电路可以接收计数电路输出的各像素的光子检测信号的数量生成灰度图，再根据灰度图和预期标准光斑图确定每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，所述预期标准光斑图根据所述预设投影图样确定；控制和处理电路还可以接收R/O单元输出的像素的飞行时间值，根据像素的飞行时间值计算目标物的距离信息。在这个实施例中，计数电路统计各像素所产生的光子检测信号的数量，控制和处理电路将各像素的数量作为该像素的灰度值，获得灰度图。

在另一个实施例中，读出电路包括TDC电路、直方图电路和R/O单元，像素阵列中每个像素对应连接一TDC电路、一直方图电路和一R/O单元。控制和处理电路包括计数电路，计数电路用于统计每个像素所产生的光子检测信号的数量。具体地，像素接收目标物反射的脉冲光信号中的光子并生成相应的光子检测信号，TDC电路接收和计算光子检测信号的时间间隔，并将时间间隔转化为时间码，直方图电路对TDC电路输出的时间码进行累计以生成像素的直方图，R/O单元根据直方图电路生成的直方图输出像素的飞行时间值。进一步地，读出电路可以与控制和处理电路连接，控制和处理电路可以接收读出电路输出的各像素的直方图，根据各像素的直方图统计各像素所产生的光子检测信号的数量以生成灰度图，再根据灰度图和预期标准光斑图确定每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，所述预期标准光斑图根据所述预设投影图样确定；控制和处理电路还可以接收R/O单元输出的像素的飞行时间值，根据像素的飞行时间值计算目标物的距离信息。在这个实施例中，控制和处理电路将各像素的直方图中各时间bin的光子数加和作为该像素的灰度值，获得灰度图。

需要说明的是，可以预先根据探测系统的多项参数进行理论计算，预测各光源发射的斑点光束在像素阵列上的成像位置，这样就可以确定开启的一个或多个光源对应的预期标准光斑图，也就是说，预期标准光斑图反应了被开启光源发射的斑点光束成像在像素阵列上的预期位置。

前面通过一次测量完成了标定，即确定了每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。接下来的测量过程，可以依赖这个标定结果进行。下面通过具体的实施例描述这个测量过程。

在一些实施例中，控制和处理电路还可以控制采集器中的至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束，并根据标定关系同步控制像素阵列中的工作像素激活并且控制像素阵列中除工作像素外的其他像素，即非工作像素关闭。工作像素为像素阵列中与发射斑点光束的光源，即工作光源对应的有效像素，非工作像素为像素阵列中除工作像素外的其余像素；工作像素接收至少部分斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，读出电路根据光子检测信号生成直方图，根据直方图生成飞行时间值。在本申请实施例中，在探测前先确定每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，进而在探测过程中，确定开启的光源对应的工作像素并依赖工作像素响应于光子的入射而输出光子检测信号，这样可以省去在探测前预先标定的过程，让标定和精准探测同时完成，且可以节省电力。

进一步地，在一些实施例中，可以不存储这些无效像素在像素阵列，即全像素开启时所产生的检测信息，例如光子检测信号的数量、时间间隔、时间码、直方图、飞行时间值等，这样可以节省存储空间。

控制和处理电路13同步发射器11与采集器12的触发信号。可选的，控制和处理电路13可以控制每个给定时间需要开启和/或关闭的光源，以及需要激活(即致动)和/或去激活(即关闭)的像素。读出电路生成的各种检测信息均可以输出给控制和处理电路13，以供其后续使用。在一个实施例中，像素对入射的单个光子进行响应而输出光子检测信号，读出电路接收来自对应连接的像素的光子检测信号进行处理以生成直方图并输出该像素的飞行时间值。读出电路或控制和处理电路13统计像素的光子检测信号的数量，控制和处理电路13根据各像素的光子检测信号的数量并生成灰度图，再根据灰度图和预期标准光斑图确定每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。可以理解的是，控制和处理电路13可以是独立的专用电路，比如专用系统级芯片(System on Chip，SOC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)芯片、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)芯片等等，也可以包含通用处理电路。

在一些实施例中，基于DToF的探测系统10还包括存储器。存储器可以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。存储器可以用于存储时间间隔、时间码、直方图、飞行时间值、光子检测信号的数量、距离信息等。

在一些实施例中，基于DToF的探测系统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。

本申请实施例还提供一种基于DToF的探测方法。基于DToF的探测方法可应用于前述实施例的基于DToF的探测系统。在一些实施例中，基于DToF的探测方法可以由基于DToF的探测系统的控制和处理电路执行。在一些实施例中，基于DToF的探测方法可以由电子设备执行。需要说明的是，基于DToF的探测方法实施例中对基于DToF的探测系统未详细描述之处可参见前述，此处不再赘述。

如图3所示，本申请一实施例提供一种基于DToF的探测方法可以包括如下步骤S31至S33。

S31，按照预设投影图样，控制发射器朝目标物发射斑点光束。

其中，发射器包括多个光源组成的光源阵列。预设投影图样反应了需要开启的光源，即预设投影图样标识了工作光源，工作光源可以是一个或多个。根据预设投影图样可以确定需要开启的光源。本申请对预设投影图样不予限制，例如可以为如图4所示的A图至F图所示样式中的任一个，图4中每个子图代表一个光源阵列，一个格子代表一个光源，画圆的格子代表这个位置的光源被开启。应理解，图4所示仅为光源阵列的示例性描述，不能解释为对本申请的限制。

在一些实施例中，为了进一步提升基于DToF的探测系统的抗干扰能力，同一区域的不同探测系统可以采用不同的预设投影图样进行系统校准。

S32，同步激活采集器中的像素阵列用于接收被目标物反射回的至少部分斑点光束。

其中，像素阵列中的至少部分像素接收被目标物反射回的至少部分斑点光束并输出光子检测信号到读出电路。

采集器包括多个像素组成的像素阵列和多个读出电路组成的读出电路阵列。像素与读出电路一一对应连接。

在一个实施例中，读出电路用于统计像素输出的光子检测信号的数量。作为一可能的实现方式，读出电路包括计数电路，每个像素与一计数电路对应连接，计数电路用于统计对应连接像素输出的光子检测信号的数量。读出电路将统计的光子检测信号的数量传输给控制和处理电路，进而，控制和处理电路根据像素对应的光子检测信号的数量生成灰度图。

在另一个实施例中，读出电路用于根据像素输出的光子检测信号生成直方图，控制和处理电路包括计数电路，计数电路用于统计像素对应的直方图以获得光子检测信号的数量。作为一可能的实现方式，读出电路包括TDC电路和直方图电路，TDC电路用于根据对应连接的像素输出的光子检测信号生成时间信号，直方图电路用于根据时间信号生成直方图。读出电路将像素对应的直方图传输给控制和处理电路，进而，控制和处理电路将像素对应的直方图中所有时间bin的光子数加和后作为灰度值，这样就生成了灰度图。需要说明的是，像素对应的直方图中所有时间bin的光子数加和等于像素输出的光子检测信号的数量。

S33，根据光子检测信号的数量生成灰度图，根据灰度图和预期标准光斑图确定光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，所述预期标准光斑图根据所述预设投影图样确定。

其中，预期标准光斑图中标识了被开启的光源在像素阵列中的预测成像位置。需要说明的是，可以根据探测系统的多项参数理论计算出每个光源发射的斑点光束在像素阵列上的预测成像位置，从而可以根据预设投影图样中被开启光源确定预期标准光斑图。例如，当预设投影图样采用图4中A图所示样式，对应的预期标准光斑图如图5中A图所示；又如，当预设投影图样采用图4中B图所示样式，对应的预期标准光斑图如图5中B图所示。图5中每个子图代表一个像素阵列，一个格子代表一个像素，画圆的格子代表反射光斑的成像位置。应理解，图5所示仅为像素阵列的示例性描述，不能解释为对本申请的限制。

可选地，在图3所示实施例的基础上，在一些实施例中，步骤S33，根据像素阵列中每个像素的数量生成灰度图，根据灰度图和预期标准光斑图确定光源对应的有效像素，可以包括：将灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图，根据光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。步骤S33的过程示意图如图6所示。

其中，第一神经网络模型用于生成灰度图对应的光斑成像图，利用灰度图生成光斑成像图，从而可以清晰识别图像中的光斑，可以准确将光斑成像图与预期标准光斑图进行比较，得到更精准的标定结果。

本申请实施例对第一神经网络模型不予具体限制。第一神经网络模型可以为经训练的神经网络模型。在一个实施例中，将灰度图样本及其对应的光斑成像图样本作为一组图像样本，获取多组图像样本训练第二神经网络模型，得到第一神经网络模型。第二神经网络模型即初始神经网络模型，第二神经网络模型与第一神经网络模型具有相同的网络结构，第一神经网络模型是对第二神经网络模型进行参数优化后的网络。

在一个实施例中，根据光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：将光斑成像图与预期标准光斑图进行比较确定光源对应的差异像素，将光源对应的预期成像像素以及对应的差异像素作为光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

作为一非限制性示例，如图7所示，针对某一光源发射的斑点光束，经目标物反射后的斑点光束在像素阵列上成像，该光源的成像光斑在光斑成像图中为图7中实线圆圈71所示，而预期标准光斑图中的光斑为图7中虚线圆圈72所示，确定虚线圆圈72与实线圆圈71的差异像素包括实线方框73中的四个像素，将实线方框73中的四个像素以及虚线圆圈72覆盖的四个像素共八个像素作为该光源的有效像素。

在另一个实施例中，根据光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定光源对应的有效像素，包括：将光斑成像图与预期标准光斑图进行比较，确定光源的实际成像像素相对于预期成像像素的偏移方向以及偏移量，根据偏移方向以及偏移量确定光源阵列中每个光源的有效像素。

作为一非限制性示例，如图8所示，针对某一光源发射的斑点光束，经目标物反射后的斑点光束在像素阵列上成像，该光源的成像光斑在光斑成像图中为图8中实线圆圈81所示，而预期标准光斑图中的光斑为图8中虚线圆圈82所示，确定实线圆圈81相对于虚线圆圈82向左偏移了一个像素，如图中黑色箭头83所示，因此，可以确定将实线方框84中的两个像素以及虚线圆圈82覆盖的四个像素共六个像素作为该光源的有效像素。

需要说明的是，光源阵列中不同光源的光斑的成像位置变化趋势基本相同，因此，在标定过程中，其他未被开启光源的有效像素可以根据被开启光源对应的有效像素进行类比标定，这样就可以一次标定所有光源对应的有效像素。在后续的探测过程中，若切换了发射光源，则不再需要激活全像素了，而是可以根据前面的标定结果仅激活开启的光源，即工作光源对应的有效像素。

通过执行步骤S31至S33，完成了对光源的标定过程，确定了每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。在此基础上，本申请一实施例提供了一种探测方法，包括：控制采集器中的至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束，同步控制像素阵列中的工作像素激活且控制像素阵列中除工作像素外的其他像素，即非工作像素关闭。工作像素为像素阵列中工作光源对应的有效像素，非工作像素为像素阵列中除工作像素外的其余像素；工作像素接收经目标物反射回的至少部分斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，读出电路根据光子检测信号生成直方图，根据直方图生成飞行时间值。进一步地，还可以根据飞行时间值计算目标物的距离信息。

具体地，读出电路用于根据被开启光源对应的有效像素的光子检测信号生成直方图，并根据直方图获取飞行时间值。

在一个实施例中，读出电路还包括TDC电路、直方图电路和R/O单元，每个像素对应连接一TDC电路、一直方图电路和一R/O单元。TDC电路用于根据对应连接的工作像素输出的光子检测信号生成时间信号，直方图电路用于根据时间信号生成直方图，R/O单元用于根据直方图生成飞行时间值。

图9所示为本申请另一实施例提供的一种基于DToF的探测方法。如图9所示，基于DToF的探测方法可以包括如下步骤S91至S95。需要说明的是，本实施例与前述实施例相同之处，此处不再赘述。

S91，按照预设投影图样，控制发射器中至少一个光源朝目标物发射斑点光束。

S92，同步激活采集器中的像素阵列用于接收被目标物反射回的至少部分斑点光束。

S93，根据像素阵列中像素的光子检测信号的数量生成灰度图。

在一个实施例中，读出电路还用于统计像素阵列中每个像素所产生的光子检测信号的数量，并将该数量传输给控制和处理电路。控制和处理电路将该数量作为该像素的灰度值，获得灰度图。

在另一实施例中，控制和处理电路还用于统计像素阵列中每个像素所产生的光子检测信号的数量，具体地，控制和处理电路对像素阵列中每个像素对应的直方图中各时间bin的光子数加和，然后将该加和的结果作为该像素的灰度值，获得灰度图。

S94，将灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图。

在有些情形下，由于收到样本数量的限制，第一神经网络模型的鲁棒性不够强，因而可能出现误差，为了避免这种误差对标定结果产生不利影响，本申请实施例设置了差异的阈值。当确定光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值时，则继续执行步骤S95；反之，则继续执行步骤S96至S98。

需要说明的是，差异可以包括偏移量等。阈值可以为经验值，本申请实施例对此不予限制。此外，应理解地，在其他等同方案中，当确定差异等于阈值时，也可以继续执行步骤S95。

S95，若确定光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，则根据光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

S96，若确定光斑成像图和预期标准光斑图的差异大于或等于阈值，则获取新的预设投影图样。若确定获取预设投影图样的次数小于或等于预设次数，则继续执行步骤S97；若确定获取预设投影图样的次数大于预设次数，则继续执行S98。

S97，若确定获取预设投影图样的次数小于或等于预设次数，则返回执行步骤S91以及后续步骤。

S98，若确定获取预设投影图样的次数大于预设次数，则结束。

也就是说，当确定获取预设投影图样的次数大于预设次数，可以结束流程，或者，当确定新的光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，根据新的光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，可以结束流程。

需要说明的是，预设次数可以设置为例如3次或大于3次的任一整数次。

本申请一实施例还提供一种电子设备。参照图10所示，电子设备包括：处理器1000、存储器1001以及存储在所述存储器1001中并可在所述处理器1000上运行的计算机程序1002，例如基于DToF的探测程序。所述处理器1000执行所述计算机程序1002时实现上述任一实施例的基于DToF的探测方法实施例中的步骤，例如图3所示的步骤S31至S33。

示例性的，所述计算机程序1002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1001中，并由所述处理器1000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1002在电子设备中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图10仅仅是电子设备的示例，并不构成对电子设备的限定，电子设备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，例如电子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1000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)、ASIC、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1001可以是电子设备的内部存储单元，例如电子设备的硬盘或内存。所述存储器1001也可以是电子设备的外部存储设备，例如电子设备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(FlashCard)等。进一步地，所述存储器1001还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器1001用于存储所述计算机程序以及电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器1001还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

本申请一实施例还提供一种电子设备。电子设备包括前述任一实施例的基于DToF的探测系统，其中，所述探测系统的发射器与采集器设置于电子设备本体的同一侧。

作为一非限制性示例，电子设备可以为激光雷达等。

本申请一实施例提供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可实现上述各个基于DToF的探测方法实施例中的步骤。

本申请一实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备可实现上述各个基于DToF的探测方法实施例中的步骤。

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，可以参见其它实施例的相关描述。

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/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，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。

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。

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，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，计算机程序包括计算机程序代码，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。计算机可读介质可以包括：能够携带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、ROM、RAM、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，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。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于DToF的标定方法，其特征在于，包括：

S1，按照预设投影图样，控制发射器朝目标物发射斑点光束，所述发射器包括多个光源组成的光源阵列；

S2，同步激活采集器中的像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束；所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；

S3，根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，所述预期标准光斑图根据所述预设投影图样确定。

2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，所述根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图，根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

3.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括；

若确定所述光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，则根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系；

若确定所述光斑成像图和预期标准光斑图的差异大于或等于阈值，则获取新的预设投影图样，并返回执行步骤S1以及后续步骤，直至获取预设投影图样的次数大于预设次数，或者，直至确定新的光斑成像图和预期标准光斑图的差异小于阈值，根据新的光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

4.如权利要求2或3所述的标定方法，其特征在于，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述光斑成像图与预期标准光斑图进行比较，确定所述光源阵列中每个光源对应的差异像素，将每个所述光源对应的预期成像像素以及对应的所述差异像素作为该光源对应的有效像素。

5.如权利要求2或3所述的标定方法，其特征在于，所述根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述光斑成像图与预期标准光斑图进行比较，确定所述光源阵列中每个光源的实际成像像素相对于预期成像像素的偏移方向以及偏移量，根据所述偏移方向以及偏移量确定所述光源阵列中每个光源的有效像素。

6.一种基于DToF的探测方法，其特征在于，包括：

控制所述发射器中至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束；

并根据如权利要求1-5任一项所述的标定关系控制所述采集器中与所述工作光源对应的工作像素激活；所述工作像素接收经目标物反射的至少部分所述斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，所述读出电路根据所述光子检测信号生成时间飞行值。

7.一种基于DToF的探测系统，其特征在于，包括：发射器，采集器，以及控制和处理电路，

所述发射器包括多个光源组成的光源阵列，所述发射器配置为按照预设投影图样朝目标物发射斑点光束；

所述采集器包括多个像素组成的像素阵列，所述采集器配置为在所述控制和处理电路的控制下激活所述像素阵列用于接收被所述目标物反射回的至少部分所述斑点光束，所述像素阵列中的至少部分像素接收所述斑点光束并输出光子检测信号；

所述控制和处理电路配置为根据所述光子检测信号的数量生成灰度图，根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，所述预期标准光斑图根据所述预设投影图样确定。

8.如权利要求7所述的基于DToF的探测系统，其特征在于，所述根据所述灰度图和预期标准光斑图确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系，包括：

将所述灰度图输入第一神经网络模型，得到光斑成像图，根据所述光斑成像图和预期标准光斑图的比较结果确定所述光源阵列中每个光源与所述像素阵列中像素的标定关系。

9.如权利要求7或8所述的基于DToF的探测系统，其特征在于，所述控制和处理电路还配置为控制发射器中至少一个工作光源朝目标物发射斑点光束，所述发射器包括多个光源组成的光源阵列；并根据所述标定关系同步控制采集器中与所述工作光源对应的工作像素激活；所述工作像素接收经目标物反射的至少部分所述斑点光束并输出光子检测信号至读出电路，所述读出电路根据所述光子检测信号生成时间飞行值；

所述控制和处理电路还配置为根据所述时间飞行值计算目标物的距离信息。

10.如权利要求9所述的基于DToF的探测系统，其特征在于，所述读出电路或所述控制和处理电路包括计数电路，所述计数电路用于统计所述像素阵列中至少部分像素中每个像素输出的光子检测信号的数量；

所述读出电路还包括TDC电路、直方图电路和读出单元，所述TDC电路用于根据对应连接的像素输出的光子检测信号生成时间信号，所述直方图电路用于根据所述时间信号生成直方图，所述读出单元用于根据所述直方图生成时间飞行值。

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