CN115032608A

CN115032608A - 测距传感器数据优化方法及其应用

Info

Publication number: CN115032608A
Application number: CN202210971545.1A
Authority: CN
Inventors: 梅健; 陈慧卿; 丁卓龙; 邓忠旭; 姚晨旭; 许鹤松
Original assignee: Hangzhou Yuming Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Yuming Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-08-15
Filing date: 2022-08-15
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2042-08-15
Also published as: CN115032608B

Abstract

本申请提出了测距传感器数据优化方法及其应用，用于对ToF系统中的测距传感器系统芯片的数据进行优化，包括以下步骤：S10、采集各通道数据并统计直方图，将直方图的寻峰值以及各通道的边带信号叠加融合，以输出每个通道的事件数据；S20、根据每个通道的事件数据和每个通道的时间补偿差异值，通过加权平均方式对通道间存在的差异进行拟合，以校正直方图的峰值并输出；其中，每个通道的时间补偿差异值通过对测距传感器系统芯片的各通道预先标定得到。本申请具有降低数据传输量，增加数据的信噪比的优点。

Description

测距传感器数据优化方法及其应用

技术领域

本申请涉及电数据处理领域，特别是一种涉及测距传感器数据优化方法及其应用。

背景技术

飞行时间(Time of Flight,ToF)技术是一种从发射器发射探测光，并使探测光经过目标物体反射回到接收器，从而能够根据探测光在此传播路程中的传播时间来获取物体到传感器的空间距离的3D成像技术。

目前传感器的算法处理单元在芯片外，采用单独的MCU进行传感器数据的算法处理。现有方案为将多通道（如图5为M通道N个数据）数据（总量为M*N）全部输出到算法处理单元。在算法处理单元中，因为各个通道的数据因物理芯片的原因存在固定偏差，不能直接叠加使用。一般挑选信噪比较高的通道，进行距离判断处理，其他通道数据丢弃。如此就导致了传感器的数据吞吐量过大，限制了数据帧率，也损失了其他信噪比比较低的信号。

因此，亟待一种能够降低数据传输量，增加数据的信噪比的测距传感器数据优化方法及其应用。

发明内容

本申请实施例提供了测距传感器数据优化方法及其应用，针对目前技术存在的数据吞吐量过大等问题。

本发明核心技术主要是通过在测距传感器系统芯片出厂前，标定各个通道的时间补偿差异T1,T2,... ,TM将多通道的若干寻峰值及其边带信号叠加，并输出每个通道的event_cnt（事件数据），E1,E2,... ,EM，整体输出数据量就变成了M+N。通道间差异采用加权平均的方式进行拟合，（T1*E1,... ,+TM*EM）/M 将此offset(补偿)叠加进最后处理结果即可。

第一方面，本申请提供了测距传感器数据优化方法，用于对TOF系统中的测距传感器系统芯片的数据进行优化，所述方法包括以下步骤：

S10、采集各通道数据并统计直方图，将直方图的寻峰值以及各通道的边带信号叠加融合，以输出每个通道的事件数据；

S20、根据每个通道的事件数据和每个通道的时间补偿差异值，通过加权平均方式对通道间存在的差异进行拟合，以校正直方图的峰值并输出；

其中，每个通道的时间补偿差异值通过对测距传感器系统芯片的各通道预先标定得到。

进一步地，步骤S10中，直方图的寻峰值为直方图中的最高峰值时间补偿差异值。

进一步地，步骤S10，直方图的寻峰值以及各通道的边带信号叠加融合为将各通道的数据直接相加。

进一步地，步骤S20中，加权平均方式为每个通道的事件数据乘以每个通道的时间补偿差异值，再取平均值。

进一步地，步骤S20中，以每个通道的事件数据作为权值，以每个通道的时间补偿差异值作为补偿值。

进一步地，在测距传感器系统芯片出厂前，通过对测距传感器系统芯片的各通道预先标定得到每个通道的时间补偿差异值。

第二方面，本申请提供了一种测距传感器数据优化装置，包括：

采集统计模块，用于采集各通道数据并统计直方图，将直方图的寻峰值以及各通道的边带信号叠加融合，以输出每个通道的事件数据；

拟合模块，用于根据每个通道的事件数据和每个通道的时间补偿差异值，通过加权平均方式对通道间存在的差异进行拟合，以校正直方图的峰值并输出；

第三方面，本申请提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的测距传感器数据优化方法。

第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的测距传感器数据优化方法。

本发明的主要贡献和创新点如下：1、与现有技术相比，本申请不需要再像现有技术一样挑选信噪比较高的通道，再进行距离判断处理，从而降低了数据吞吐量，不再限制数据帧率；

2、与现有技术相比，本申请不需要将其他通道数据丢弃，不再会损失其他信噪比比较低的信号，因此可以再解决了通道差异后，可直接将各通道的数据直接叠加使用，显著增加了最终数据的信噪比。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的测距传感器数据优化方法的流程图；

图2是常见的Tof系统的示意图；

图3是统计直方图的示意图；

图4是本申请一种实施方式的流程图；

图5是现有技术的通道示意图；

图6是根据本申请实施例的电子装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

这里将详细的对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书一个或多个实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书一个或多个实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。

如图2所示，为常见的ToF系统，本申请针对于ToF系统中的测距传感器系统芯片的数据进行优化。

ToF系统中的Single Photon Avalanche Diode(SPAD)是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管（图2中未画出），只要有微弱的光信号就能产生电流。dToF模组的VCSEL向场景中发射脉冲波，SPAD接收从目标物体反射回来的脉冲波。Time DigitalConverter(TDC)能够记录每次接收到的光信号的飞行时间，也就是发射脉冲和接收脉冲之间的时间间隔。dToF会在单帧测量时间内发射和接收N次光信号，然后对记录的N次飞行时间做直方图统计，其中出现频率最高的飞行时间t用来计算待测物体的深度。如图3是dToF单个像素点记录的光飞行时间直方图，其中，高度最高的柱对应的时间就是该像素点的最终光飞行时间。

现有方案为将测距传感器系统芯片采集的多通道（如图5为M通道N个数据）数据（总量为M*N）全部输出到算法处理单元。

在算法处理单元中，因为各个通道的数据因物理芯片的原因存在固定偏差，不能直接叠加使用。一般挑选信噪比较高的通道，进行距离判断处理，其他通道数据丢弃。

基于此，本发明基于时间差异补偿来解决现有技术存在的问题。

实施例一

本申请旨在提出测距传感器数据优化方法，大致流程如图4所示，通过在测距传感器系统芯片出厂前，标定各个通道的时间补偿差异T1,T2,... ,TM将多通道的若干寻峰值及其边带信号叠加，并输出每个通道的event_cnt（事件数据），E1,E2,... ,EM，整体输出数据量就变成了M+N。通道间差异采用加权平均的方式进行拟合，（T1*E1 ,... ,+TM*EM）/M将此offset(补偿)叠加进最后处理结果即可。

具体地，本申请实施例提供了测距传感器数据优化方法，用于对ToF系统中的测距传感器系统芯片的数据进行优化,可以降低数据传输量，增加数据的信噪比，具体地，参考图1，包括以下步骤：

其中，采集各通道数据和现有技术一样，都是多通道的TDC，采用现有技术或者算法进行统计直方图操作，从而生成如图3所示的直方图统计数据；

其中，直方图的寻峰值为直方图中的最高峰值（即图3中最高峰值）时间补偿差异值；图3仅是为了展示直方图的样式，图3中的峰值_数据（Peak_data）即为最高峰值。

其中，直方图的寻峰值（利用现有的寻峰算法，即直接找到统计直方图中的最高峰值）以及各通道的边带信号叠加融合为将各通道的数据直接相加；

以每个通道的事件数据作为权值，以每个通道的时间补偿差异值作为补偿值；

其中，边带信号为直方图中除了最高峰之外的其余峰的值；

其中，加权平均方式为每个通道的事件数据乘以每个通道的时间补偿差异值，再取平均值。

其中，在测距传感器系统芯片出厂前，通过对测距传感器系统芯片的各通道预先标定得到每个通道的时间补偿差异值。

如此就不需要再像现有技术一样挑选信噪比较高的通道，再进行距离判断处理，从而降低了数据吞吐量，不再限制数据帧率，同时也不需要将其他通道数据丢弃，不再会损失其他信噪比比较低的信号，因此可以再解决了通道差异后，可直接将各通道的数据直接叠加使用，显著增加了最终数据的信噪比。

实施例二

基于相同的构思，本申请还提出了一种测距传感器数据优化装置，包括：

实施例三

本实施例还提供了一种电子装置，参考图6，包括存储器404和处理器402，该存储器404中存储有计算机程序，该处理器402被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

具体地，上述处理器402可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称为ASIC），或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器404可以包括用于数据或指令的大容量存储器404。举例来说而非限制，存储器404可包括硬盘驱动器（HardDiskDrive，简称为HDD）、软盘驱动器、固态驱动器（SolidStateDrive，简称为SSD）、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（UniversalSerialBus，简称为USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器404可包括可移除或不可移除（或固定）的介质。在合适的情况下，存储器404可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器404是非易失性（Non-Volatile）存储器。在特定实施例中，存储器404包括只读存储器（Read-OnlyMemory，简称为ROM）和随机存取存储器（RandomAccessMemory，简称为RAM）。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM（ProgrammableRead-OnlyMemory，简称为PROM）、可擦除PROM（ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EPROM）、电可擦除PROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EEPROM）、电可改写ROM（ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory，简称为EAROM）或闪存（FLASH）或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器（StaticRandom-AccessMemory，简称为SRAM）或动态随机存取存储器（DynamicRandomAccessMemory，简称为DRAM），其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器404（FastPageModeDynamicRandomAccessMemory，简称为FPMDRAM）、扩展数据输出动态随机存取存储器（ExtendedDateOutDynamicRandomAccessMemory，简称为EDODRAM）、同步动态随机存取内存（SynchronousDynamicRandom-AccessMemory，简称SDRAM）等。

存储器404可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器402所执行的可能的计算机程序指令。

处理器402通过读取并执行存储器404中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意测距传感器数据优化方法。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备406以及输入输出设备408，其中，该传输设备406和上述处理器402连接，该输入输出设备408和上述处理器402连接。

传输设备406可以用来经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括电子装置的通信供应商提供的有线或无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备406可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

输入输出设备408用于输入或输出信息。在本实施例中，输入的信息可以是多通道TDC等，输出的信息可以是校正峰值后的数据等。

实施例四

本实施例还提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据实施例一的测距传感器数据优化方法。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

通常，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。本发明的一些方面可以以硬件来实现，而其他方面可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实现，但是本发明不限于此。尽管本发明的各个方面可以被示出和描述为框图、流程图或使用一些其他图形表示，但是应当理解，作为非限制性示例，本文中描述的这些框、装置、系统、技术或方法可以以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备或其某种组合来实现。

本发明的实施例可以由计算机软件来实现，该计算机软件由移动设备的数据处理器诸如在处理器实体中可执行，或者由硬件来实现，或者由软件和硬件的组合来实现。包括软件例程、小程序和/或宏的计算机软件或程序(也称为程序产品)可以存储在任何装置可读数据存储介质中，并且它们包括用于执行特定任务的程序指令。计算机程序产品可以包括当程序运行时被配置为执行实施例的一个或多个计算机可执行组件。一个或多个计算机可执行组件可以是至少一个软件代码或其一部分。另外，在这一点上，应当注意，如图中的逻辑流程的任何框可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、框和功能、或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。软件可以存储在诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储块等物理介质、诸如硬盘或软盘等磁性介质、以及诸如例如DVD及其数据变体、CD等光学介质上。物理介质是非瞬态介质。

本领域的技术人员应该明白，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.测距传感器数据优化方法，用于对ToF系统中的测距传感器系统芯片的数据进行优化，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的测距传感器数据优化方法，其特征在于，步骤S10中，所述直方图的寻峰值为直方图中的最高峰值时间补偿差异值。

3.如权利要求1所述的测距传感器数据优化方法，其特征在于，步骤S10，直方图的寻峰值以及各通道的边带信号叠加融合为将各通道的数据直接相加。

4.如权利要求1所述的测距传感器数据优化方法，其特征在于，步骤S20中，加权平均方式为每个通道的事件数据乘以每个通道的时间补偿差异值，再取平均值。

5.如权利要求4所述的测距传感器数据优化方法，其特征在于，步骤S20中，以每个通道的事件数据作为权值，以每个通道的时间补偿差异值作为补偿值。

6.如权利要求1-5任意一项所述的测距传感器数据优化方法，其特征在于，在测距传感器系统芯片出厂前，通过对测距传感器系统芯片的各通道预先标定得到每个通道的时间补偿差异值。

7.一种测距传感器数据优化装置，其特征在于，包括：

8.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至6任一项所述的测距传感器数据优化方法。

9.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括根据权利要求1至6任一项所述的测距传感器数据优化方法。